CN103166614B - Igbt驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT驱动装置,用于驱动一IGBT管,所述IGBT管具有一栅极、一集电极和一发射极,所述IGBT驱动装置还包括一开关信号生成模块和一加速关断模块;其中所述开关信号生成模块生成一脉冲信号,所述IGBT管的栅极通过所述脉冲信号使得所述IGBT管开通或关断;所述加速关断模块跨接于所述IGBT管的栅极和发射极之间,当所述IGBT管关断时,用于加速降低所述IGBT管栅极的电压。本发明的IGBT驱动装置通过加速关断模块加速减少所述IGBT管中的电荷,进而提高IGBT管的关断可靠性。而且本发明的IGBT驱动装置仅采用单电源模式,从而简化了IGBT驱动装置的结构。

Description

IGBT驱动装置
技术领域
本发明涉及一种驱动装置,特别是涉及一种IGBT管(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)的驱动装置。
背景技术
随着电力电子技术的飞速发展,IGBT开关元件应用日益广泛,而其应用中遇到的关键问题是其驱动电路和保护电路的合理设计。驱动电路设计不好,会造成IGBT管工作在放大区,短时承受很大的功耗导致击穿失效,或者使IGBT管关断不迅速,与其他IGBT管换流时产生换流失败,导致直流侧电源短路从而导致所述直流侧电源的严重损坏。
目前,最常见的几种IGBT管驱动电路在实际应用中都有其局限性。如日本富士公司的EXB系列需要单电源供电,但负栅压过低,由于负栅压又受IGBT管的栅极和发射极间最大反向耐压的限制,所以,当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时,IGBT管中形成的沟道被禁止,因而导致没有空穴注入N-区内,所以导致IGBT管关断不可靠。
此外三菱的M579系列在工作过程中需双电源(+15v,-10V)供电,并且它和EXB系列内部均无隔离电源,若要驱动多组IGBT管,需外接隔离电源;美国IR公司的IR2110系列虽具有自举浮动电源,只用一路电源即可驱动多个IGBT管,但是它本身不能产生负偏压,易造成桥臂短路,不适用于直接驱动中功率或大功率的IGBT管。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的IGBT管驱动装置中存在负栅压过低导致的IGBT管工作可靠性差,以及需要多路电源的缺陷,提供一种IGBT驱动装置,通过采用加速关断模块加速减少所述IGBT管中的电荷,从而提高IGBT管的关断的可靠性。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
本发明提供了一种IGBT驱动装置,用于驱动一IGBT管,所述IGBT管具有一栅极、一集电极和一发射极,其特征在于,所述IGBT驱动装置包括:一开关信号生成模块和一加速关断模块;其中所述开关信号生成模块生成一脉冲信号,所述IGBT管的栅极通过所述脉冲信号使得所述IGBT管开通或关断;所述加速关断模块跨接于所述IGBT管的栅极和发射极之间,当所述IGBT管关断时,用于加速降低所述IGBT管栅极的电压。
较佳地,所述IGBT驱动装置还包括一变压器,所述变压器具有一第一侧和一第二侧,所述第一侧与所述开关信号生成模块电连接,所述第二侧与IGBT管和加速关断模块电连接。
较佳地,所述IGBT驱动装置还包括连接于所述变压器的第一侧和所述开关信号生成模块之间的一变压器缓冲模块,所述变压器缓冲模块用于滤除或吸收所述变压器的第一侧中的电涌。
较佳地,所述IGBT驱动装置中还包括一稳压模块,其中所述稳压模块用于稳定所述IGBT管的栅极上的电压。
较佳地,所述开关信号生成模块包括一电源、一MOS管以及一振荡器,所述MOS管具有一栅极、一源极和一漏极,其中所述MOS管的栅极与所述振荡器电连接,所述MOS管的漏极接地,所述MOS管的源极分别与所述电源和所述变压器的第一侧电连接。
较佳地,所述开关信号生成模块中还包括一滤波模块,用于滤除所述振荡器生成的信号中的噪声。
较佳地,所述变压器缓冲模块电连接于所述电源和所述MOS管的源极之间;其中所述变压器缓冲模块包括一第一电阻和一第一二极管,其中所述第一电阻的一第一端与所述第一二极管的阳极电连接,所述第一电阻的一第二端与所述MOS管的源极电连接,所述第一二极管的阴极与所述电源电连接。
较佳地,所述加速关断模块包括一三极管、一第二二极管、一第三二极管、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻、一电解电容以及一第一电容,所述三极管具有一基极、一集电极以及一发射极;其中所述第二二极管的阴极和所述三级管的集电极均电连接于所述第二电阻的一第一端,所述第二电阻的一第二端与所述第三电阻的一第一端电连接,所述第三电阻的第二端与所述电解电容的阴极电连接,所述电解电容的阳极分别与所述第三二极管的阳极和所述三极管的发射极电连接,所述第三二极管的阴极通过所述第一电容与所述三极管的基极电连接,所述第四电阻与所述第一电容并联。
较佳地,所述稳压模块包括一第一稳压管和一第二稳压管,所述第一稳压管的阳极和第二稳压管的阳极电连接,所述第一稳压管的阴极与所述IGBT管的基极电连接,所述第二稳压管的阴极与所述电解电容的阴极电连接。
较佳地,所述滤波模块包括一第五电阻、一第六电阻、一第二电容和一第三电容;其中所述第五电阻电连接于所述振荡器和所述MOS管的栅极之间,所述第二电容与所述第五电阻并联,所述第六电阻的一第一端与所述MOS管的栅极电连接,所述第六电阻的一第二端接地,所述第三电容与所述第六电阻并联。
本发明的积极进步效果在于:
本发明的IGBT驱动装置通过加速关断模块加速减少所述IGBT管中的电荷,进而提高IGBT管的关断可靠性。
而且本发明的IGBT驱动装置仅采用单电源模式,从而简化了IGBT驱动装置的结构。
附图说明
图1为本发明的IGBT驱动装置的第一实施例的结构示意图。
图2为本发明的IGBT驱动装置的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例,以详细说明本发明的技术方案。
第一实施例:
如图1所示,本实施例的IGBT驱动装置包括一IGBT管1、一信号生成模块2、一加速关断模块3、一变压器4、一滤波模块5、一稳压模块6和变压器缓冲模块7。
所述信号生成模块2用于一脉冲信号S,所述IGBT管1的栅极通过所述脉冲信号S改变所述IGBT管1的开通或关断状态。
其中所述加速关断模块3跨接于所述IGBT管1的栅极和发射极之间,从而在所述IGBT管1关断时,通过加速降低所述IGBT管1栅极的电压,从而加速所述IGBT管1的关断,同时还加速减少所述IGBT管中的电荷,从而在保证所述IGBT管1的快速关断的同时,提高了IGBT管1的关断的可靠性。
所述变压器4的第一侧与所述开关信号生成模块2电连接,所述第二侧与IGBT管1和加速关断模块3电连接。所述变压器4用于将所述开关信号生成模块2和所述IGBT管1和加速关断模块3之间进行电气隔离,因而控制杂波在所述开关信号生成模块2和所述IGBT管1和加速关断模块3之间传输。
所述滤波模块5处于所述开关信号生成模块2中,并用于滤除所述开关信号生成模块2生成的脉冲信号S中的噪声。
所述稳压模块6用于稳定所述IGBT管1的栅极上的电压,即在所述IGBT管1处于开启或关断状态时,所述稳压模块6保证所述IGBT管1栅极的电压稳定,防止所述IGBT管1的栅极上电压的波动,导致所述IGBT管1的状态的错误转换。
所述变压器缓冲模块7用于滤除或吸收所述变压器4的第一侧中的电涌。
本实施例的工作原理如下:
首先,所述信号生成模块2生成用于改变所述IGBT管1的开通或关断状态一脉冲信号S。
然后,所述滤波模块5滤除所述脉冲信号S中的噪声和杂波。
此后所述变压器4的第一侧接收所述脉冲信号S,变压器缓冲模块7滤除所述变压器4的第一侧中的电涌,所述变压器4的第二侧将所述脉冲信号S发送至所述IGBT管1。
最后所述脉冲信号S控制所述IGBT管1的开启或关断,而且所述加速关断模块3在所述IGBT管1的关断过程中,加速所述IGBT管1栅极的电压下降。
第二实施例:
如图2所示,本实施例的IGBT驱动装置也包括一IGBT管1、一信号生成模块2、一加速关断模块3、一变压器4、一滤波模块5、一稳压模块6以及一变压器缓冲模块7。
其中所述开关信号生成模块2包括一电源21、一MOS管22以及一振荡器23,其中所述MOS管21的栅极与所述振荡器23电连接,所述MOS管21的漏极接地,所述MOS管21的源极分别与所述电源21和所述变压器4的第一侧电连接。因而仅使用一个电源21来完成对所述IGBT管1的开启或关断的控制,无需提供单独的浮地电源便可产生对所述IGBT管1的驱动脉冲,所以简化了电路结构。
所述变压器缓冲模块7包括一第一电阻71和一第一二极管72,其中所述第一电阻71的一第一端与所述二极管72的阳极电连接,所述第一电阻71的一第二端与所述MOS管21的源极电连接,所述第一二极管72的阴极与所述电源21电连接。所以通过第一二极管72和的第一电阻71滤除或吸收了所述第一侧中MOS管22和电源21中的漏电流以及由第二侧反馈至所述第一侧的尖峰电流。
所述加速关断模块3包括一三极管31、一第二二极管32、一第三二极管33、一第二电阻34、一第三电阻35、一第四电阻36、一电解电容37以及一第一电容38,其中所述第二二极管32的阴极和所述三级管31的集电极均电连接于所述第二电阻34的一第一端,所述第二电阻34的一第二端与所述第三电35阻的一第一端,所述第三电阻35的第二端与所述电解电容37的阴极电连接,所述电解电容37的阳极分别与所述第三二极管33的阳极和所述三极管31的发射极电连接,所述第三二极管33的阴极通过所述第一电容38与所述三极管31的基极电连接,所述第四电阻36与所述第一电容38并联。
当脉冲信号S为高电平时,变压器第二侧的电流从上方流出,经过电阻34,流经IGBT管1的栅极和发射极之间,电解电容37充电,储存电能,此时IGBT管1开通;由于二极管32的单向导通特性,三极管31截止,此时所述IGBT管1正常开启。
当脉冲信号为S低电平时,电解电容37开始放电,电流流经电阻35进入变压器第二侧的上方,从另一端口流出,经过第四电阻36,至三极管31的基极,从而使得所述三极管31导通,此时完成了电解电容37放电的泄流的回路,所以迅速拉低IGBT管1栅极电压,致使其快速关断。
所述稳压模块6为包括一第一稳压管61和一第二稳压管62,所述第一稳压管61阳极和第二稳压管62的阳极电连接,所述第一稳压管61的阴极与所述IGBT管1的基极电连接,所述第二稳压管62的阴极与所述电解电容37的阴极电连接。
所述滤波模块5包括一第五电阻51、一第六电阻52、一第二电容53和一第三电容54;其中所述第五电阻51电连接于所述振荡器23和所述MOS管21的栅极之间,所述第二电容53与所述第五电阻51并联,所述第六电阻52的一第一端与所述MOS管21的栅极电连接,所述第六电阻52的一第二端接地,所述第三电容54与所述第六电阻52并联。
本实施例的工作原理如下:
首先,所述信号生成模块2的振荡器23产生一脉冲信号SS,所述脉冲信号33通过所述滤波模块5中的电容和电阻滤除噪声或杂波,并通过电源21和MOS管22来调整所述脉冲信号SS的幅值,从而得到脉冲信号S,所述脉冲信号S的幅值可以通过IGBT管1的栅极使得所述IGBT管1开启或关断。
然后,所述变压器4的第一侧接收所述脉冲信号S,变压器缓冲模块7滤除所述变压器4的第一侧中的电涌,即滤除所述第一侧中MOS管22和电源21中的漏电流以及由第二侧反馈至所述第一侧的尖峰电流,此后所述变压器4的第二侧将所述脉冲信号S发送至所述IGBT管1。
最后所述脉冲信号S控制所述IGBT管1的开启或关断,其中当IGBT管1在关断过程中,所述电解电容37开始放电,流经第二电阻34和第三电阻35进入变压器第二侧的一端口,从所述变压器的另一端口流出后流经第四电阻36和第一电容38后,到达三极管31的基极,所述三极管31迅速导通,直接导致电解电容37的电能量,自动选择阻抗最小的回路形成放电回路,即直接通过第三电阻35,第二电阻34以及电解电容37的负极共同组成回路,迅速使得IGBT管1的栅极电压快速下降至小于所述IGBT管1的导通电压,所以IGBT管1被快速关断。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这些仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种IGBT驱动装置,用于驱动一IGBT管,所述IGBT管具有一栅极、一集电极和一发射极,其特征在于,所述IGBT驱动装置包括:一开关信号生成模块和一加速关断模块;
其中所述开关信号生成模块生成一脉冲信号,所述IGBT管的栅极通过所述脉冲信号使得所述IGBT管开通或关断;所述加速关断模块跨接于所述IGBT管的栅极和发射极之间,当所述IGBT管关断时,用于加速降低所述IGBT管栅极的电压;
所述IGBT驱动装置还包括一变压器,所述变压器具有一第一侧和一第二侧,所述第一侧与所述开关信号生成模块电连接,所述第二侧与IGBT管和加速关断模块电连接;
所述IGBT驱动装置还包括连接于所述变压器的第一侧和所述开关信号生成模块之间的一变压器缓冲模块,所述变压器缓冲模块用于滤除或吸收所述变压器的第一侧中的电涌;
所述IGBT驱动装置中还包括一稳压模块,其中所述稳压模块用于稳定所述IGBT管的栅极上的电压;
所述开关信号生成模块包括一电源、一MOS管以及一振荡器,所述MOS管具有一栅极、一源极和一漏极,其中所述MOS管的栅极与所述振荡器电连接,所述MOS管的漏极接地,所述MOS管的源极分别与所述电源和所述变压器的第一侧电连接;
所述开关信号生成模块中还包括一滤波模块,用于滤除所述振荡器生成的信号中的噪声;
所述变压器缓冲模块电连接于所述电源和所述MOS管的源极之间;其中所述变压器缓冲模块包括一第一电阻和一第一二极管,其中所述第一电阻的一第一端与所述第一二极管的阳极电连接,所述第一电阻的一第二端与所述MOS管的源极电连接,所述第一二极管的阴极与所述电源电连接。
2.如权利要求1所述的IGBT驱动装置,其特征在于,所述加速关断模块包括一三极管、一第二二极管、一第三二极管、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻、一电解电容以及一第一电容,所述三极管具有一基极、一集电极以及一发射极;其中所述第二二极管的阴极和所述三级管的集电极均电连接于所述第二电阻的一第一端,所述第二电阻的一第二端与所述第三电阻的一第一端电连接,所述第三电阻的第二端与所述电解电容的阴极电连接,所述电解电容的阳极分别与所述第三二极管的阳极和所述三极管的发射极电连接,所述第三二极管的阴极通过所述第一电容与所述三极管的基极电连接,所述第四电阻与所述第一电容并联。
3.如权利要求2所述的IGBT驱动装置,其特征在于,所述稳压模块包括一第一稳压管和一第二稳压管,所述第一稳压管的阳极和第二稳压管的阳极电连接,所述第一稳压管的阴极与所述IGBT管的基极电连接,所述第二稳压管的阴极与所述电解电容的阴极电连接。
4.如权利要求2或3所述的IGBT驱动装置,其特征在于,所述滤波模块包括一第五电阻、一第六电阻、一第二电容和一第三电容;其中所述第五电阻电连接于所述振荡器和所述MOS管的栅极之间,所述第二电容与所述第五电阻并联,所述第六电阻的一第一端与所述MOS管的栅极电连接,所述第六电阻的一第二端接地,所述第三电容与所述第六电阻并联。
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