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CN105119590A - Igbt高效驱动电路 - Google Patents

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CN105119590A
CN105119590A CN201510601441.1A CN201510601441A CN105119590A CN 105119590 A CN105119590 A CN 105119590A CN 201510601441 A CN201510601441 A CN 201510601441A CN 105119590 A CN105119590 A CN 105119590A
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CN
China
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igbt
resistance
circuit
igbt device
current
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CN201510601441.1A
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Inventor
程炜涛
胡少伟
董志意
王海军
叶甜春
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Jiangsu CAS IGBT Technology Co Ltd
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Jiangsu CAS IGBT Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种驱动电路，尤其是一种IGBT高效驱动电路，属于IGBT驱动的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述IGBT高效驱动电路，包括IGBT器件；还包括连接在所述IGBT器件门极端的电阻群，所述电阻群内包括若干驱动电阻，电阻群内相邻驱动电阻相应的一端均通过可控开关连接，电阻群内驱动电阻的另一端均与IGBT器件的门极端连接，可控开关的控制端均与用于控制所述可控开关导通状态的开关驱动电路连接，所述开关驱动电路与电流处理控制电路连接，电流处理控制电路与用于检测流过IGBT器件导通电流的电流采样电路连接；本发明电路结构简单，易于实现，能有效延长IGBT的使用寿命，提高IGBT电路的工作效率，安全可靠。

Description

IGBT高效驱动电路
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，尤其是一种IGBT高效驱动电路，属于IGBT驱动的技术领域。
背景技术
对于IGBT的驱动，外置的驱动电阻会影响IGBT损耗及开关时间、反向偏置安全工作区（RBSOA）、短路电流安全工作区（SCSOA）、电磁干扰（EMI）、dv/dt、di/dt等参数。
目前，IGBT驱动电路电阻的选取有图1和图2两种方式，其中，图1中IGBT的开通和关断用同一种电阻，带来的不足是针对一些高频应用（如频率>=20KHz）关断时电阻较大会带来关断损耗过大，器件发热量大的问题。针对以上问题，提出图2所示的改进方案，开通和关断时分别采用不同的电阻，这样既能保证开通时的变化率不至过大同时也能保证关断时的低关断损耗。
但图1和图2针对输出功率变化较大的场合（如电动汽车的电机驱动、光伏发电和风力发电），一般驱动电阻都是按照最大功率要求来进行设置（为限制器件变化率，一般电阻较大），但实际工作中出现最大功率的时间只占其实际工况中很小的部分，使得低功率输出场合IGBT因驱动电阻过大，未工作在其最佳工作状态导致器件温升升高和整个系统工作效率的下降。此外，在半导体失效分析理论中，当功率器件（IGBT）的温度上升10℃时，器件的寿命将减少一半。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种IGBT高效驱动电路，其电路结构简单，易于实现，能有效延长IGBT的使用寿命，提高IGBT电路的工作效率，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述IGBT高效驱动电路，包括IGBT器件；还包括连接在所述IGBT器件门极端的电阻群，所述电阻群内包括若干驱动电阻，电阻群内相邻驱动电阻相应的一端均通过可控开关连接，电阻群内驱动电阻的另一端均与IGBT器件的门极端连接，可控开关的控制端均与用于控制所述可控开关导通状态的开关驱动电路连接，所述开关驱动电路与电流处理控制电路连接，电流处理控制电路与用于检测流过IGBT器件导通电流的电流采样电路连接；
电流采样电路将采集IGBT器件的导通电流传输至电流处理控制电路内，电流处理控制电路根据所述接收的导通电流确定IGBT器件的输出功率，并根据确定的输出功率向开关驱动电路输出对应的开关使能信号；开关驱动电路接收所述开关使能信号，并根据所述开关使能信号向对应的可控开关输出开通驱动信号，以通过开通驱动信号打开对应的可控开关，使得电阻群接入IGBT器件门极端的电阻值与所述IGBT器件的输出功率相匹配。
所述电流采样电路包括电流传感器或电流互感器，电流采样电路设置与IGBT器件连接的母线或输出线上。
所述电阻群还与驱动电压VDD连接，所述可控开关包括MOS管，所述MOS管的源极端、漏极端分别与相邻驱动电阻连接，MOS管的栅极端与开关驱动电路的输出端连接。
本发明的优点：通过电流采样电路对IGBT器件的导通电流进行实时采样，电流处理控制电路根据导通电流确定IGBT器件的输出功率，并根据输出功率向开关驱动电路传输开关使能信号，开关驱动电路根据开关使能信号确定接入IGBT器件的驱动电阻值以及相应需导通的可控开关，从而能使得电阻群内的驱动电阻值与IGBT器件的输出功率相匹配，能保证IGBT器件工作在最佳状态，能降低IGBT器件的工作温度，提升IGBT器件所在电路的工作效率，延长IGBT器件的使用寿命，也能降低IGBT器件的关断损耗。
附图说明
图1为现有IGBT器件的门极端连接驱动电阻的示意图。
图2为现有IGBT器件的门极端同时连接开通电阻以及关断电阻的示意图。
图3为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3所示：为了能有效延长IGBT的使用寿命，提高IGBT电路的工作效率，本发明包括IGBT器件；还包括连接在所述IGBT器件门极端的电阻群，所述电阻群内包括若干驱动电阻，电阻群内相邻驱动电阻相应的一端均通过可控开关连接，电阻群内驱动电阻的另一端均与IGBT器件的门极端连接，可控开关的控制端均与用于控制所述可控开关导通状态的开关驱动电路连接，所述开关驱动电路与电流处理控制电路连接，电流处理控制电路与用于检测流过IGBT器件导通电流的电流采样电路连接；
电流采样电路将采集IGBT器件的导通电流传输至电流处理控制电路内，电流处理控制电路根据所述接收的导通电流确定IGBT器件的输出功率，并根据确定的输出功率向开关驱动电路输出对应的开关使能信号；开关驱动电路接收所述开关使能信号，并根据所述开关使能信号向对应的可控开关输出开通驱动信号，以通过开通驱动信号打开对应的可控开关，使得电阻群接入IGBT器件门极端的电阻值与所述IGBT器件的输出功率相匹配。
具体地，电阻群内包括若干驱动电阻，在电阻群内相邻驱动电阻的一端间设置可控开关，由于所有驱动电阻的另一端均与IGBT器件的门极端连接，因此，当开关驱动电路控制可控开关导通时，则与所述可控开关连接的两驱动电阻会形成相互并联的连接形式，即开关驱动电路通过控制不同可控的导通时，能调节电阻群内的电阻值，即能调整IGBT器件接入的驱动电阻值。
电流采样电阻能采集IGBT器件的导通电流，电流处理控制电路能根据导通电流确定IGBT器件的输出功率。为了使得电阻群的驱动电阻值与IGBT器件的输出功率相匹配，电流处理控制电路输出开关使能信号，开关驱动电路根据开关使能信号确定需要开通的可控开关，当所述可控开关开通后，能使得电阻群内所有驱动电阻形成的驱动电阻值与IGBT器件的输出功率相匹配。一般地，开关驱动电路内均包含电阻群内驱动电阻的具体阻值，为了与IGBT器件的输出功率匹配，开关驱动电路在确定驱动电阻值后能确定需开通的可控开关，只需向需导通的可控开关加载开通驱动信号即可。当IGBT器件的输出功率大时，则接入IGBT器件门极端的驱动电阻值也大；当IGBT器件的输出功率小时，则接入IGBT器件门极端的驱动电阻值也相应减小，驱动电阻值与IGBT器件的输出功率具体匹配情况为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当接入IGBT器件的驱动电阻值与IGBT器件的输出功率匹配时，能保证IGBT器件工作在最佳状态，能降低IGBT器件的工作温度，提升IGBT器件所在电路的工作效率，延长IGBT器件的使用寿命，也能降低IGBT器件的关断损耗。
所述电流采样电路包括电流传感器或电流互感器，电流采样电路设置与IGBT器件连接的母线或输出线上。在具体实施时，电流采样电路还可以采用其他的实现形式，只要能采集IGBT器件的导通电流即可。当电流采样电路设置在母线上时，则能获取直流电流，而当电流采样电路设置在IGBT器件的输出线上时，则获取的一般为交流电。图3中示出了电流采样电路设置在IGBT器件的输出线上的情况，即图中的采样点2位置，图中的采样点1的位置为连接IGBT器件的母线位置。本发明实施例中，电流处理控制电路可以采用常用的芯片实现，也可以采用相应的逻辑电路实现，只要能实现对导通电流的处理并输出开关使能信号即可，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
所述电阻群还与驱动电压VDD连接，所述可控开关包括MOS管，所述MOS管的源极端、漏极端分别与相邻驱动电阻连接，MOS管的栅极端与开关驱动电路的输出端连接。
本发明实施例中，驱动电压VDD的大小可以电阻群内驱动电阻的情况确定，具体为本技术领域人员所熟知。图3中，驱动电压VDD与电阻群内最上面的驱动电阻Rgx连接，驱动电阻Rgx的一端与驱动电压VDD以及MOS管的漏极端连接，MOS管的源极端与紧邻驱动电阻Rgx的驱动电阻连接，电阻群内其他驱动电阻与MOS管的具体连接形式均与驱动电阻Rgx的连接形式类似。当仅与驱动电阻Rgx连接的MOS管导通时，则电阻群内的驱动电阻Rgx与紧邻所述驱动电阻Rgx的驱动电阻并联，所述并联后的总电阻为接入IGBT器件的驱动电阻值。驱动电压VDD经过驱动电阻值产生的驱动电流作为驱动IGBT器件的驱动信号。
一般地，当电阻群内所有的MOS管均处于关断状态时，则IGBT器件门极端的驱动电阻值即为驱动电阻Rgx。而当有多个MOS管导通时，则形成多个驱动电阻与驱动电阻Rgx并联的连接形式，从而能够得到所需的驱动电阻值。具体实施时，电阻群内的驱动电阻均为高精度电阻，驱动电阻的具体阻值大小可以根据需要进行选择确定，驱动电阻可以采用HpEvanohm线材的低温漂电阻。在多个MOS管导通时，一般位于上方的MOS管均需要进行导通，即MOS管需要从上至下的导通，形成阶梯的形式，开关驱动电路根据每个驱动电阻的大小来选择相应的MOS管导通。此外，MOS管应选取内阻大、饱和压降小的类型，可以采用IR的低压CoolMOS管。
本发明通过电流采样电路对IGBT器件的导通电流进行实时采样，电流处理控制电路根据导通电流确定IGBT器件的输出功率，并根据输出功率向开关驱动电路传输开关使能信号，开关驱动电路根据开关使能信号确定接入IGBT器件的驱动电阻值以及相应需导通的可控开关，从而能使得电阻群内的驱动电阻值与IGBT器件的输出功率相匹配，能保证IGBT器件工作在最佳状态，能降低IGBT器件的工作温度，提升IGBT器件所在电路的工作效率，延长IGBT器件的使用寿命，也能降低IGBT器件的关断损耗。

Claims (3)

1.一种IGBT高效驱动电路，包括IGBT器件；其特征是：还包括连接在所述IGBT器件门极端的电阻群，所述电阻群内包括若干驱动电阻，电阻群内相邻驱动电阻相应的一端均通过可控开关连接，电阻群内驱动电阻的另一端均与IGBT器件的门极端连接，可控开关的控制端均与用于控制所述可控开关导通状态的开关驱动电路连接，所述开关驱动电路与电流处理控制电路连接，电流处理控制电路与用于检测流过IGBT器件导通电流的电流采样电路连接；
电流采样电路将采集IGBT器件的导通电流传输至电流处理控制电路内，电流处理控制电路根据所述接收的导通电流确定IGBT器件的输出功率，并根据确定的输出功率向开关驱动电路输出对应的开关使能信号；开关驱动电路接收所述开关使能信号，并根据所述开关使能信号向对应的可控开关输出开通驱动信号，以通过开通驱动信号打开对应的可控开关，使得电阻群接入IGBT器件门极端的电阻值与所述IGBT器件的输出功率相匹配。
2.根据权利要求1所述的IGBT高效驱动电路，其特征是：所述电流采样电路包括电流传感器或电流互感器，电流采样电路设置与IGBT器件连接的母线或输出线上。
3.根据权利要求1所述的IGBT高效驱动电路，其特征是：所述电阻群还与驱动电压VDD连接，所述可控开关包括MOS管，所述MOS管的源极端、漏极端分别与相邻驱动电阻连接，MOS管的栅极端与开关驱动电路的输出端连接。
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