一種igbt驅(qū)動門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種IGBT驅(qū)動門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大功率IGBT應(yīng)用的日益廣泛，IGBT門極上升沿和下降沿控制技術(shù)日益受到重視，即在IGBT門極上施加可以調(diào)整的驅(qū)動電壓波形，對于IGBT開通和關(guān)斷過程進行控制，以達到所需要的開通關(guān)斷要求。
[0003]由于IGBT的開通關(guān)斷速度極快，其有效的開關(guān)時間一般在Ius時間以內(nèi)，同時其開通關(guān)斷電流的峰值也高達數(shù)安培。因此需要驅(qū)動電壓波形在一個Ius時間之內(nèi)完成多個電平的切換，即需要每個電平從觸發(fā)到的投入時間在10ns以內(nèi)，同時每個階段的電流需要達到數(shù)安培。傳統(tǒng)的方案是通過功放電路來實現(xiàn)，如甲類、乙類或者甲乙類功放電路，但是由于IGBT開通時間很短，需要的環(huán)路帶寬和響應(yīng)速度極高，無法滿足要求；同時此類放大電路為模擬控制電路，抗干擾能力差。
[0004]在進行上升沿及下降沿控制過程中需要電平的切換，目前的電平轉(zhuǎn)換電路一般采用推挽或者邏輯電平轉(zhuǎn)換芯片，但是邏輯電平轉(zhuǎn)換芯片速度較慢，一般為us甚至毫秒級，不滿足要求。推挽電路需要采用正負電平控制，和數(shù)字控制信號電平不兼容，需要進行邏輯轉(zhuǎn)換；另外，推挽電路中需要采用PNP三極管或者PMos，由物理定律可知此類器件的速度比NMos要慢三倍，不滿足要求。
[0005]中國專利申請?zhí)?01420355245.1公開了一種數(shù)字驅(qū)動信號隔離的IGBT驅(qū)動放大電路，包括固定頻率電壓輸出電路(即PWM信號輸出電路)，通過一種高性能固定頻率電流型控制器，產(chǎn)生推挽驅(qū)動信號，隔離變壓器，由推挽電路輸出端連接到變壓器的初級圈，光耦隔離電路，使控制器輸出的驅(qū)動信號隔離放大。這種結(jié)構(gòu)的電路就存在上述分析中提到的推挽電路需要采用正負電平控制且需進行邏輯轉(zhuǎn)換和采用PNP三極管或者PMos速度慢的問題；另外，該電路中門極驅(qū)動電壓(包括負電壓、正電壓)也為定值，無法在開通或關(guān)斷的過程中實現(xiàn)驅(qū)動電壓的調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種IGBT驅(qū)動門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路，以解決現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動電路無法實現(xiàn)門極驅(qū)動電壓可調(diào)的問題。
[0007]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種IGBT驅(qū)動門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路，包括一組輸出端并聯(lián)的正電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路和一組輸出端并聯(lián)的負電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路，各正電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對應(yīng)不同數(shù)值的正電平，各負電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對應(yīng)不同數(shù)值的負電平，且各驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的輸入端與對應(yīng)的數(shù)字輸入信號端連接，各驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的輸出端均用于與IGBT門極連接。
[0008]所述驅(qū)動調(diào)節(jié)電路包括電平轉(zhuǎn)換和放大電路及與對應(yīng)數(shù)值的電平連接的開關(guān)管，所述電平轉(zhuǎn)換和放大電路的信號輸入端與用于觸發(fā)開關(guān)管的數(shù)字輸入信號端連接，其輸出端與開關(guān)管的控制端連接。
[0009]每個驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的輸出端均通過對應(yīng)的二極管并聯(lián)。
[0010]所述電平轉(zhuǎn)換和放大電路包括穩(wěn)壓管和NMos管，所述穩(wěn)壓管的陰極用于與數(shù)字信號輸入端連接，其陽極與NMos管的柵極連接，且NMos管的柵極通過關(guān)斷電阻與其源極相連后接負電平端，其漏極用于與正電平端和開關(guān)管的控制極連接。
[0011]所述穩(wěn)壓管為TVS管。
[0012]所述開關(guān)管為三極管。
[0013]每個驅(qū)動調(diào)節(jié)電路對應(yīng)的數(shù)字輸入信號端還連接有緩沖電路。
[0014]本發(fā)明的IGBT驅(qū)動門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路由多個正、負電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路構(gòu)成，每個單電路可以按照需要，輸出不同電壓，實現(xiàn)驅(qū)動電壓的調(diào)整，并將傳統(tǒng)的模擬控制改為數(shù)字控制，抗干擾性能好，同時可以按照要求擴展所需的電平數(shù)。
[0015]將不同的電壓之間通過二極管并聯(lián)的方式進行電平切換，可以實現(xiàn)多電平電壓輸出合成驅(qū)動上升沿，即通過控制多個電平的投入切除來控制IGBT開通和關(guān)斷的波形，控制電平的轉(zhuǎn)換只需要相應(yīng)電平投入即可，不需要其余電平切除，因此可以用低頻信號合成高頻信號，解決了高頻窄脈沖產(chǎn)生的難題，同時利用肖特基二極管可以快速投入、切除，其投入、切除時間在5ns以內(nèi)。
[0016]三極管開關(guān)控制的方式進行電平切換能使三極管處于飽和或者截至狀態(tài)，損耗低。
[0017]采用TVS管和NMos構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換和放大電路控制三極管導(dǎo)通和關(guān)斷，TVS管的電平轉(zhuǎn)換速度非?？?；同時放棄PMos，全部采用NMos和電阻構(gòu)成第二級電平轉(zhuǎn)換和放大電路，實現(xiàn)正負電平切換。由于全部采用NMos進行，其開通關(guān)斷速度很快，可以做到15ns時間以內(nèi)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實施例1的電路圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實施例2的電路圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的實現(xiàn)原理圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及具體的實施例對本發(fā)明進行進一步介紹。如圖1所示為本發(fā)明IGBT驅(qū)動門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路的原理結(jié)構(gòu)圖，由圖可知，該電路包括一組輸出端并聯(lián)的正電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路和一組輸出端并聯(lián)的負電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路，各正電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對應(yīng)不同數(shù)值的正電平，各負電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對應(yīng)不同數(shù)值的負電平，且各驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的輸入端與對應(yīng)的數(shù)字輸入信號端連接，各驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的輸出端均用于與IGBT門極連接。
[0023]由于各驅(qū)動調(diào)節(jié)電路對應(yīng)一個設(shè)定的不同數(shù)值的電平，而每個電平都由獨立的數(shù)字I/o信號進行控制，通過每次投入或者切除一個或者多個電平實現(xiàn)驅(qū)動電壓的調(diào)整，即可以達到在Ius時間內(nèi)完成多個電平切換。
[0024]其中各驅(qū)動調(diào)節(jié)電路有多種實現(xiàn)形式，可以采用常規(guī)的多個固定電壓的IGBT驅(qū)動電路來實現(xiàn)，也可以采用其他方式。
[0025]如圖2所示，本實施例的驅(qū)動調(diào)節(jié)電路包括電平轉(zhuǎn)換和放大電路及與對應(yīng)數(shù)值的電平連接的開關(guān)管，電平轉(zhuǎn)換和放大電路的信號輸入端與用于觸發(fā)開關(guān)管的數(shù)字輸入信號端連接，其輸出端與開關(guān)管的控制端連接。
[0026]另外，本實施例將每個驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的輸出端均通過對應(yīng)的二極管進行并聯(lián)，每個單電路可以按照需要，輸出不同電壓，不同的電壓之間通過肖特基二極管進行并聯(lián)，可以起到取最大輸出電壓的目的，即可以完成輸出電壓的電平切換，如圖2所示。
[0027]采用電平轉(zhuǎn)換和放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)大電流輸出，滿足IGBT開通關(guān)斷所需的數(shù)安培電流的輸出。其中電平轉(zhuǎn)換和放大電路也有多種實現(xiàn)形式，這里不一一列舉，下面只提供一種方式進行說明。
[0028]電平轉(zhuǎn)換和放大電路包括穩(wěn)壓管和NMos管，穩(wěn)壓管的陰極用于通過Mos驅(qū)動電阻與數(shù)字信號輸入端連接，其陽極與NMos管的柵極連接，且NMos管的柵極通過關(guān)斷電阻與其源極相連后接負電平端，其漏極用于與正電平端和開關(guān)管的控制極連接。
[0029]本實施例的穩(wěn)壓管采用TVS管，由于TVS管的擊穿時間為Ips (皮秒)，可以實現(xiàn)快速的電平轉(zhuǎn)換。
[0030]開關(guān)管選用三極管，其中正電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的開關(guān)管為NPN型三極管，負電壓驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的開關(guān)管為PNP型三極管，三極管的基極(即控制極)與NMos管的漏極連接，其集電極與對應(yīng)不同數(shù)值的正、負電平連接，其發(fā)射極為輸出端，且其基極通過對應(yīng)電阻與正電平端連接。當(dāng)然，這里的開關(guān)管也不局限于使用三極管，采用分立元件構(gòu)成的開關(guān)電路或者其他具有開關(guān)功能的開