Igbt高效驅(qū)動電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種驅(qū)動電路，尤其是一種IGBT高效驅(qū)動電路，屬于IGBT驅(qū)動的技術領域。
【背景技術】
[0002]對于IGBT的驅(qū)動，外置的驅(qū)動電阻會影響IGBT損耗及開關時間、反向偏置安全工作區(qū)(RBS0A)、短路電流安全工作區(qū)(SCS0A)、電磁干擾(EMI)、dv/dt、di/dt等參數(shù)。
[0003]目前，IGBT驅(qū)動電路電阻的選取有圖1和圖2兩種方式，其中，圖1中IGBT的開通和關斷用同一種電阻，帶來的不足是針對一些高頻應用(如頻率>=20KHz)關斷時電阻較大會帶來關斷損耗過大，器件發(fā)熱量大的問題。針對以上問題，提出圖2所示的改進方案，開通和關斷時分別采用不同的電阻，這樣既能保證開通時的變化率不至過大同時也能保證關斷時的低關斷損耗。
[0004]但圖1和圖2針對輸出功率變化較大的場合(如電動汽車的電機驅(qū)動、光伏發(fā)電和風力發(fā)電)，一般驅(qū)動電阻都是按照最大功率要求來進行設置(為限制器件變化率，一般電阻較大)，但實際工作中出現(xiàn)最大功率的時間只占其實際工況中很小的部分，使得低功率輸出場合IGBT因驅(qū)動電阻過大，未工作在其最佳工作狀態(tài)導致器件溫升升高和整個系統(tǒng)工作效率的下降。此外，在半導體失效分析理論中，當功率器件(IGBT)的溫度上升10°C時，器件的壽命將減少一半。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種IGBT高效驅(qū)動電路，其電路結構簡單，易于實現(xiàn)，能有效延長IGBT的使用壽命，提高IGBT電路的工作效率，安全可靠。
[0006]按照本實用新型提供的技術方案，所述IGBT高效驅(qū)動電路，包括IGBT器件；還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動電阻相應的一端均通過可控開關連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關的控制端均與用于控制所述可控開關導通狀態(tài)的開關驅(qū)動電路連接，所述開關驅(qū)動電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導通電流的電流采樣電路連接。
[0007]所述電流采樣電路包括電流傳感器或電流互感器，電流采樣電路設置與IGBT器件連接的母線或輸出線上。
[0008]所述電阻群還與驅(qū)動電壓VDD連接，所述可控開關包括M0S管，所述M0S管的源極端、漏極端分別與相鄰驅(qū)動電阻連接，M0S管的柵極端與開關驅(qū)動電路的輸出端連接。
[0009]本實用新型的優(yōu)點:通過電流采樣電路對IGBT器件的導通電流進行實時采樣，電流處理控制電路根據(jù)導通電流確定IGBT器件的輸出功率，并根據(jù)輸出功率向開關驅(qū)動電路傳輸開關使能信號，開關驅(qū)動電路根據(jù)開關使能信號確定接入IGBT器件的驅(qū)動電阻值以及相應需導通的可控開關，從而能使得電阻群內(nèi)的驅(qū)動電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配，能保證IGBT器件工作在最佳狀態(tài)，能降低IGBT器件的工作溫度，提升IGBT器件所在電路的工作效率，延長IGBT器件的使用壽命，也能降低IGBT器件的關斷損耗。
【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有IGBT器件的門極端連接驅(qū)動電阻的示意圖。
[0011]圖2為現(xiàn)有IGBT器件的門極端同時連接開通電阻以及關斷電阻的示意圖。
[0012]圖3為本實用新型的結構框圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0014]如圖3所示:為了能有效延長IGBT的使用壽命，提高IGBT電路的工作效率，本實用新型包括IGBT器件；還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動電阻相應的一端均通過可控開關連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關的控制端均與用于控制所述可控開關導通狀態(tài)的開關驅(qū)動電路連接，所述開關驅(qū)動電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導通電流的電流采樣電路連接；
[0015]電流采樣電路將采集IGBT器件的導通電流傳輸至電流處理控制電路內(nèi)，電流處理控制電路根據(jù)所述接收的導通電流確定IGBT器件的輸出功率，并根據(jù)確定的輸出功率向開關驅(qū)動電路輸出對應的開關使能信號；開關驅(qū)動電路接收所述開關使能信號，并根據(jù)所述開關使能信號向?qū)目煽亻_關輸出開通驅(qū)動信號，以通過開通驅(qū)動信號打開對應的可控開關，使得電阻群接入IGBT器件門極端的電阻值與所述IGBT器件的輸出功率相匹配。
[0016]具體地，電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動電阻，在電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動電阻的一端間設置可控開關，由于所有驅(qū)動電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，因此，當開關驅(qū)動電路控制可控開關導通時，則與所述可控開關連接的兩驅(qū)動電阻會形成相互并聯(lián)的連接形式，即開關驅(qū)動電路通過控制不同可控的導通時，能調(diào)節(jié)電阻群內(nèi)的電阻值，即能調(diào)整IGBT器件接入的驅(qū)動電阻值。
[0017]電流采樣電阻能采集IGBT器件的導通電流，電流處理控制電路能根據(jù)導通電流確定IGBT器件的輸出功率。為了使得電阻群的驅(qū)動電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配，電流處理控制電路輸出開關使能信號，開關驅(qū)動電路根據(jù)開關使能信號確定需要開通的可控開關，當所述可控開關開通后，能使得電阻群內(nèi)所有驅(qū)動電阻形成的驅(qū)動電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配。一般地，開關驅(qū)動電路內(nèi)均包含電阻群內(nèi)驅(qū)動電阻的具體阻值，為了與IGBT器件的輸出功率匹配，開關驅(qū)動電路在確定驅(qū)動電阻值后能確定需開通的可控開關，只需向需導通的可控開關加載開通驅(qū)動信號即可。當IGBT器件的輸出功率大時，則接入IGBT器件門極端的驅(qū)動電阻值也大；當IGBT器件的輸出功率小時，則接入IGBT器件門極端的驅(qū)動電阻值也相應減小，驅(qū)動電阻值與IGBT器件的輸出功率具體匹配情況為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。當接入IGBT器件的驅(qū)動電阻值與IGBT器件的輸出功率匹配時，能保證IGBT器件工作在最佳狀態(tài)，能降低IGBT器件的工作溫度，提升IGBT器件所在電路的工作效率，延長IGBT器件的使用壽命，也能降低IGBT器件的關斷損耗。
[0018]所述電流采樣電路包括電流傳感器或電流互感器，電流采樣電路設置與IGBT器件連接的母線或輸出線上。在具體實施時，電流采樣電路還可以采用其他的實現(xiàn)形式，只要能采集IGBT器件的導通電流即可。當電流采樣電路設置在母線上時，則能獲取直流電流，而當電流采樣電路設置在IGBT器件的輸出線上時，則獲取的一般為交流電。圖3中示出了電流采樣電路設置在IGBT器件的輸出線上的情況，即圖中的采樣點2位置，圖中的采樣點1的位置為連接IGBT器件的母線位置。本實用新型實施例中，電流處理控制電路可以采用常用的芯片實現(xiàn)，也可以采用相應的邏輯電路實現(xiàn)，只要能實現(xiàn)對導通電流的處理并輸出開關使能信號即可，具體為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。
[0019]所述電阻群還與驅(qū)動電壓VDD連接，所述可控開關包括M0S管，所述M0S管的源極端、漏極端分別與相鄰驅(qū)動電阻連接，M0S管的柵極端與開關驅(qū)動電路的輸出端連接。
[0020]本實用新型實施例中，驅(qū)動電壓VDD的大小可以電阻群內(nèi)驅(qū)動電阻的情況確定，具體為本技術領域人員所熟知。圖3中，驅(qū)動電壓VDD與電阻群內(nèi)最上面的驅(qū)動電阻Rgx連接，驅(qū)動電阻Rgx的一端與驅(qū)動電壓VDD以及M0S管的漏極端連接，M0S管的源極端與緊鄰驅(qū)動電阻Rgx的驅(qū)動電阻連接，電阻群內(nèi)其他驅(qū)動電阻與M0S管的具體連接形式均與驅(qū)動電阻Rgx的連接形式類似。當僅與驅(qū)動電阻Rgx連接的M0S管導通時，則電阻群內(nèi)的驅(qū)動電阻Rgx與緊鄰所述驅(qū)動電阻Rgx的驅(qū)動電阻并聯(lián)，所述并聯(lián)后的總電阻為接入IGBT器件的驅(qū)動電阻值。驅(qū)動電壓VDD經(jīng)過驅(qū)動電阻值產(chǎn)生的驅(qū)動電流作為驅(qū)動IGBT器件的驅(qū)動信號。
[0021]一般地，當電阻群內(nèi)所有的M0S管均處于關斷狀態(tài)時，則IGBT器件門極端的驅(qū)動電阻值即為驅(qū)動電阻Rgx。而當有多個MOS管導通時，則形成多個驅(qū)動電阻與驅(qū)動電阻Rgx并聯(lián)的連接形式，從而能夠得到所需的驅(qū)動電阻值。具體實施時，電阻群內(nèi)的驅(qū)動電阻均為高精度電阻，驅(qū)動電阻的具體阻值大小可以根據(jù)需要進行選擇確定，驅(qū)動電阻可以采用HpEvanohm線材的低溫漂電阻。在多個M0S管導通時，一般位于上方的M0S管均需要進行導通，即M0S管需要從上至下的導通，形成階梯的形式，開關驅(qū)動電路根據(jù)每個驅(qū)動電阻的大小來選擇相應的M0S管導通。此外，M0S管應選取內(nèi)阻大、飽和壓降小的類型，可以采用IR的低壓CoolMOS管。
[0022]本實用新型通過電流采樣電路對IGBT器件的導通電流進行實時采樣，電流處理控制電路根據(jù)導通電流確定IGBT器件的輸出功率，并根據(jù)輸出功率向開關驅(qū)動電路傳輸開關使能信號，開關驅(qū)動電路根據(jù)開關使能信號確定接入IGBT器件的驅(qū)動電阻值以及相應需導通的可控開關，從而能使得電阻群內(nèi)的驅(qū)動電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配，能保證IGBT器件工作在最佳狀態(tài)，能降低IGBT器件的工作溫度，提升IGBT器件所在電路的工作效率，延長IGBT器件的使用壽命，也能降低IGBT器件的關斷損耗。
【主權項】
1.一種IGBT高效驅(qū)動電路，包括IGBT器件；其特征是:還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動電阻相應的一端均通過可控開關連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關的控制端均與用于控制所述可控開關導通狀態(tài)的開關驅(qū)動電路連接，所述開關驅(qū)動電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導通電流的電流采樣電路連接。2.根據(jù)權利要求1所述的IGBT高效驅(qū)動電路，其特征是:所述電流采樣電路包括電流傳感器或電流互感器，電流采樣電路設置與IGBT器件連接的母線或輸出線上。3.根據(jù)權利要求1所述的IGBT高效驅(qū)動電路，其特征是:所述電阻群還與驅(qū)動電壓VDD連接，所述可控開關包括MOS管，所述MOS管的源極端、漏極端分別與相鄰驅(qū)動電阻連接，MOS管的柵極端與開關驅(qū)動電路的輸出端連接。
【專利摘要】本實用新型涉及一種驅(qū)動電路，尤其是一種IGBT高效驅(qū)動電路，屬于IGBT驅(qū)動的技術領域。按照本實用新型提供的技術方案，所述IGBT高效驅(qū)動電路，包括IGBT器件；還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動電阻相應的一端均通過可控開關連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關的控制端均與用于控制所述可控開關導通狀態(tài)的開關驅(qū)動電路連接，所述開關驅(qū)動電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導通電流的電流采樣電路連接；本實用新型電路結構簡單，易于實現(xiàn)，能有效延長IGBT的使用壽命，提高IGBT電路的工作效率，安全可靠。
【IPC分類】H03K17/567, H03K17/687
【公開號】CN205017287
【申請?zhí)枴緾N201520729965
【發(fā)明人】程煒濤, 胡少偉, 董志意, 王海軍, 葉甜春
【申請人】江蘇中科君芯科技有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月18日