CN103178692A - 功率开关器件的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率开关器件的驱动装置，包括一个第一输入调理模块、一个集成电路、一个输出调理模块、一个公共接地端和一个电源接地端。第一输入调理模块可输入脉宽调制信号，且输出一个调理脉宽调制信号。集成电路可输入调理脉宽调制信号，且输出端可依据调理脉宽调制信号输出一个驱动信号。输出调理模块的输入端可接收驱动信号，且其输出端可输出一个调理驱动信号。用于DC/DC变换器的电源接地端与公共接地端彼此隔离设置。本发明功率开关器件的驱动装置可有效降低DC/DC变换器的开关噪音对集成电路输出的驱动信号以及IGBT的电磁干扰。

Description

功率开关器件的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于功率电子开关器件的驱动装置，尤其涉及一种用于绝缘栅双极型晶体管且使用脉宽调制控制的驱动装置。

背景技术

功率电子领域中，绝缘栅双极型晶体管(以下简称IGBT)是一种广泛应用于变换器设计的重要器件之一。图1用于说明IGBT现有驱动集成电路的电路原理。如果所示，整个驱动模块包括一个LDI(Logic To Driver Interface，逻辑驱动转换接口)，它主要用于接收脉宽调制信号(以下简称PWM)信号，经过处理后传送给下一级。第二块是IGD(Intelligent Gate Driver，智能门极驱动)，它通过高频隔离变压器从上一级(LDI)接收控制信号，经放大等处理后输出驱动信号，用于IGBT的控制。第三块是输入与输出相互绝缘的DC/DC转换器，它的主要功能是给IDG提供彼此隔离的供电。整个驱动模块集成在一个集成电路中。

在实际的使用中，IGBT常常由于驱动集成电路发出错误的控制信号而导致其烧毁，且驱动集成电路和IGBT集成在一个狭小空间的电路板上，使得电磁干扰(以下简称EMI)变的很严重，使得用于控制IGBT的PWM信号时常出现错误，从而导致IGBT的烧毁或电路短路，且只能通过更换IGBT或集成电路的方式来解决故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率开关器件的驱动装置，以降低电磁干扰对功率开关器件控制信号的干扰。

本发明提供了一种功率开关器件的驱动装置，包括一个第一输入调理模块、一个集成电路、一个输出调理模块、一个公共接地端和一个电源接地端。第一输入调理模块用于对一个脉宽调制信号进行分压滤波处理，它包括一个可输入脉宽调制信号的输入端和一个可输出经调理的调理脉宽调制信号的输出端。集成电路包括一个可输入所述调理脉宽调制信号的输入端和一个可输出依据该调理脉宽调制信号产生的驱动信号的输出端，集成电路还设有一个DC/DC变换器。输出调理模块可对驱动信号进行分压处理，其包括一个可输出一个经分压处理的调理驱动信号的输出端，调理驱动信号可控制所述功率开关器件的开通和关断。用于DC/DC变换器的电源接地端与公共接地端彼此隔离设置。由此，功率开关器件的驱动装置可有效降低DC/DC变换器的开关噪音对集成电路输出的驱动信号以及IGBT的电磁干扰。

在功率开关器件的驱动装置的再一种示意性的实施方式中，第一输入调理模块包括一个可吸收脉宽调制信号中包含的超额电压脉冲的第一稳压电路，它包括一个第一二极管和一个第二二极管，第一二极管的正极可电连接于脉宽调制信号的输入电位点，其负极可电连接于驱动装置的供电电源，第二二极管的正极可电连接于驱动装置的公共接地端，其负极可电连接于脉宽调制信号的输入电位点。

在功率开关器件的驱动装置的另一种示意性的实施方式中，功率开关器件的驱动装置还包括一个反馈信号输出调理模块，其包括一个输入集成电路依据功率开关器件的工作状况输出一个反馈信号的输入端，和一个将反馈信号经分压滤波处理后输出调理反馈信号的输出端，反馈信号输出调理模块包括一个第三稳压电路，该第三稳压电路可吸收反馈信号中包含的超额电压脉冲和超额电流脉冲，第三稳压电路包括一个第三二极管和一个第四二极管，第三二极管的正极可电连接于调理反馈信号的输出电位点，其负极可电连接于驱动装置的供电电源，第四二极管的正极可电连接于驱动装置的公共接地端，其负极可电连接于调理反馈信号的输出电位点。

在功率开关器件的驱动装置的又一种示意性的实施方式中，集成电路为Concept-2SD315A集成电路，且功率开关器件为绝缘栅双极型晶体管。

在功率开关器件的驱动装置的又一种示意性的实施方式中，输出调理模块中还设有一个滤波电容，滤波电容的一端可电连接于集成电路的集电极控制引脚，另一端可电连接于集成电路的虚拟公共引脚。

在功率开关器件的驱动装置的又一种示意性的实施方式中，驱动装置还包括一个第二输入调理模块，它可接收一个使能信号，并对使能信号进行分压滤波处理后输出一个调理使能信号至集成电路，第二输入调理模块设有一个第二稳压电路，该第二稳压电路包括一个第五二级管和一个第六二极管，第五二级管的正极可电连接于使能信号的输入电位点，其负极可电连接于驱动装置的供电电源，第六二极管的正极可电连接于驱动装置的公共接地端，其负极可电连接于使能信号的输入电位点。

附图说明

图1用于说明IGBT现有驱动方式的电路原理。

图2用于说明功率开关器件的驱动装置一种示意性实施方式的电路示意图。

图3显示了未使用功率开关器件的驱动装置时IGBT输入的调理驱动信号的波形。

图4显示了使用功率开关器件的驱动装置后IGBT输入的调理驱动信号的波形。

标号说明

10  第一输入调理模块

12  第一稳压电路

20  集成电路

22  DC/DC变换器

30  输出调理模块

40  反馈信号输出调理模块

42  第三稳压电路

50  输入调理模块

52  第二稳压电路

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部分。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”和“第六”并不代表先后顺序或重要程度。

图2用于说明功率开关器件的驱动装置一种示意性实施方式的电路示意图。在功率开关器件的驱动装置一种示意性实施方式中，集成电路20选用CONCEPT出产的2SD315A型集成电路，且功率开关器件为绝缘栅双极型晶体管(以下简称IGBT)。集成电路可同时驱动两个IGBT，即X1和X2。但还可以根据需要选用其他功能类似的集成电路，且功率开关器件也并非局限于IGBT，还可以是MOSFET等其他类型的功率开关器件。

如图2所示，功率开关器件的驱动装置包括一个第一输入调理模块10、一个集成电路20和两个输出调理模块30。其中，第一输入调理模块10的输入端通常连接于一个控制器件(例如DSP或MCU)，控制器件负责根据IGBT输出的电压或电流，调节IGBT的开通和关断的时间，控制器件通过PWM的形式对IGBT的开通和关断的时间进行控制，由此控制器件输出一个脉宽调制信号到第一输入调理模块10。第一输入调理模块10设有一个电阻R9和一个电容C5。电阻R9的一端连接于脉宽调制信号的输入电位点SB，另一端连接至集成电路20的引脚INB，电容C5一端与公共接地端GND连接，另一端连接至集成电路20的引脚INB。通过电阻R9的分压，以及电容C5的稳压，使得第一输入调理模块10输出的调理脉宽调制信号符合集成电路20的使用要求。

集成电路20包括一个DC/DC变换器22，集成电路20可由引脚INB输入调理脉宽调制信号，且依据调理脉宽调制信号通过引脚G1和G2输出两个驱动信号。集成电路20的电路原理与图1所示的电路原理图相似，在此不再赘述。

针对不同的IGBT，两个输出调理模块30可分别接收对应于不同IGBT的驱动信号。与功率开关器件X1对应的一个输出调理模块30，其包括一个分压电阻R23，其一端与集成电路20的引脚G1连接，另一端连接于功率开关器件X1的门级G1。与功率开关器件X2对应的另一个输出调理模块30，其包括一个分压电阻R19，其一端与集成电路20的引脚G2连接，另一端连接于功率开关器件X2的门级G2。针对不同的IGBT，驱动信号分别通过电阻R23和R19的分压后，得到分别针对于功率开关器件X1和X2的调理驱动信号并输入至功率开关器件X1和X2的门级，用于分别控制功率开关器件X1和X2的接通和关断。

用于DC/DC变换器22的电源接地端GNDC与公共接地端GND彼此隔离设置，降低DC/DC变换器22的开关噪音对集成电路20输出的驱动信号以及IGBT的电磁干扰。图3和图4用于说明使用功率开关器件的驱动装置前后IGBT输入的调理驱动信号的波形。图3为未使用功率开关器件的驱动装置时功率开关器件X1的门级所接收到的调制驱动信号，其包含大量的噪音，而图4为使用功率开关器件的驱动装置时功率开关器件X1的门级所接收到的调制驱动信号，其中的噪音含量明显降低。

虽然在图2所示的实施方式中，集成电路用于驱动两个IGBT，但也可以是集成电路只设有一个输出调理模块，且只用于驱动一个IGBT的情形。图2中显示了多个公共接地端GND，但它们之间相互电连接为一体。

如图2所示，第一输入调理模块10还包括一个第一稳压电路12，它包括一个第一二极管V6和一个第二二极管V5。第一二极管V6的正极连接于脉宽调制信号的输入电位点SB，其负极连接于驱动装置的供电电源VDD。第二二极管V5的正极连接于驱动装置的公共接地端GND，其负极连接于脉宽调制信号的输入电位点SB。通过设置第一稳压电路12，可有效地吸收脉宽调制信号中包含的超额电压脉冲，避免集成电路和IGBT的损毁。还可以通过在第一二极管V6和第二二极管V5的两端并联多个二极管来提高第一稳压电路的稳压性能，也可以采用其他已知的稳压方式来处理脉宽调制信号。

如图2所示，功率开关器件的驱动装置还包括一个第二输入调理模块50，它可接收一个来自控制器件的使能信号，该使能信号可以控制整个驱动装置的工作和停止，第二输入调理模块50可对使能信号进行分压滤波处理后输出一个调理使能信号至集成电路20的引脚INA。第二输入调理模块50设有电阻R6和电容C4，电阻R6的一端连接于使能信号的输入电位点SA，另一端连接至集成电路20的引脚INA，电容C4一端与公共接地端GND连接，另一端连接至集成电路20的引脚INA。通过电阻R6的分压，以及电容C4的稳压，使得其输出的调理脉宽调制信号符合集成电路20的使用要求。

第二输入调理模块50还包括一个第二稳压电路52，它包括一个第五二极管V3和一个第六二极管V4。第五二极管V3的正极连接于使能信号的输入电位点SA，其负极连接于驱动装置的供电电源VDD。第六二极管V4的正极连接于驱动装置的公共接地端GND，其负极连接于使能信号的输入电位点SA。通过设置第二稳压电路52，可有效地吸收使能信号中包含的超额电压脉冲，避免集成电路和IGBT的损毁。还可以通过在第五二极管V3和第六二极管V4的两端并联多个二极管来提高第一稳压电路的稳压性能，也可以采用其他已知的稳压方式来处理脉宽调制信号。

如图2所示，驱动装置还包括一个反馈信号输出调理模块40，集成电路20可依据IGBT的工作状况通过连接在一起的引脚PC1和PC2输出一个反馈信号，反馈信号输出调理模块将反馈信号分压滤波处理后输出一个调理反馈信号至控制器件。

反馈信号输出调理模块40包括一个电阻R1，电阻R3和电容C3。其中，电阻R3的一端与集成电路20中连接在一起的引脚PC1和PC2相连，另一端与调理反馈信号的输出电位点PC相连；电阻R1的一端与供电电源VDD相连，另一端与调理反馈信号的输出电位点PC相连；电容C3的一端与公共接地端GND连接，另一端与调理反馈信号的输出电位点PC相连。通过电阻R1和R3的分压和电压叠加，以及电容C3的稳压，使得其输出的调理反馈信号符合控制器件的使用要求。

反馈信号输出调理模块40还包括一个第三稳压电路42，其包括一个第三二极管V2和一个第四二极管V1，所第三二极管V2的正极连接于调理反馈信号的输出电位点PC，其负极连接于驱动装置的供电电源VDD；第四二极管V1的正极连接于驱动装置的公共接地端GND，其负极连接于调理反馈信号的输出电位点PC。第二稳压电路42可吸收反馈信号中包含的超额电压脉冲，避免对控制器件的损毁。

如图2所示，对应于功率开关器件X1和X2的输出调理模块30中还分别设有一个滤波电容C10和C8。其中，电容C10的一端连接于集成电路20的引脚COM1，另一端连接于集成电路20的引脚C1；电容C8的一端连接于集成电路20的引脚COM2，另一端连接于集成电路20的引脚C2。滤波电容C10和C8，可以稳定两个IGBT的集电极C1和C2的电位，从而避免电压剧烈波动导致IGBT的损毁。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.功率开关器件的驱动装置，包括：

一个用于对一个脉宽调制信号进行分压滤波处理的第一输入调理模块(10)，所述第一输入调理模块(10)包括一个可输入所述脉宽调制信号的输入端和一个可输出经分压滤波处理的调理脉宽调制信号的输出端；

一个集成电路(20)，所述集成电路(20)包括一个可输入所述调理脉宽调制信号的输入端和一个可输出依据所述调理脉宽调制信号产生的驱动信号的输出端；和

一个可对所述驱动信号进行分压处理的输出调理模块(30)，其包括一个可输出一个经分压处理的调理驱动信号的输出端，所述调理驱动信号可控制所述功率开关器件的开通和关断；

其特征在于：

所述功率开关器件的驱动装置还包括一个公共接地端(GND)和一个电源接地端(GNDC)，且所述集成电路(20)还设有一个DC/DC变换器(22)，用于所述DC/DC变换器(22)的所述电源接地端(GNDC)与所述公共接地端(GND)彼此隔离设置。

2.如权利要求1所述的功率开关器件的驱动装置，其中所述第一输入调理模块(10)包括一个可吸收所述脉宽调制信号中包含的超额电压脉冲的第一稳压电路(12)，所述第一稳压电路(12)包括一个第一二极管(V6)和一个第二二极管(V5)，其中：

所述第一二极管(V6)的正极可电连接于所述脉宽调制信号的输入电位点(SB)，其负极可电连接于所述驱动装置的供电电源(VDD)，且

所述第二二极管(V5)的正极可电连接于所述驱动装置的公共接地端(GND)，其负极可电连接于所述脉宽调制信号的输入电位点(SB)。

3.如权利要求1所述的功率开关器件的驱动装置，其中还包括一个反馈信号输出调理模块(40)，所述反馈信号输出调理模块(40)包括一个输入所述集成电路(20)依据所述功率开关器件的工作状况输入的反馈信号的输入端，和一个将所述反馈信号经分压滤波处理后输出调理反馈信号的输出端；所述反馈信号输出调理模块(40)包括一个可吸收所述反馈信号中包含的超额电压脉冲和超额电流脉冲的第三稳压电路(42)，所述第三稳压电路(42)包括一个第三二极管(V2)和一个第四二极管(V1)，其中：

所述第三二极管(V2)的正极可电连接于所述调理反馈信号的输出电位点(PC)，其负极可电连接于所述驱动装置的供电电源(VDD)，

所述第四二极管(V1)的正极可电连接于所述驱动装置的公共接地端(GND)，

其负极可电连接于所述调理反馈信号的输出电位点(PC)。

4.如权利要求1所述的功率开关器件的驱动装置，其中所述集成电路(20)为Concept-2SD315A集成电路，且所述功率开关器件为绝缘栅双极型晶体管。

5.如权利要求4所述的功率开关器件的驱动装置，其中所述输出调理模块(30)中还设有一个滤波电容(C10，C8)，所述滤波电容的一端可电连接于所述集成电路(20)的集电极控制引脚(C1，C2)，另一端可电连接于所述集成电路的虚拟公共引脚(COM1，COM2)。

6.如权利要求4所述的功率开关器件的驱动装置，其中还包括一个第二输入调理模块(50)，它可接收一个使能信号，并对所述使能信号进行分压滤波处理后输出一个调理使能信号至所述集成电路(20)，

所述第二输入调理模块(50)设有一个第二稳压电路(52)，该第二稳压电路(52)包括一个第五二级管(V3)和一个第六二极管(V4)，其中：

所述第五二级管(V3)的正极可电连接于所述使能信号的输入电位点(SA)，其负极可电连接于所述驱动装置的供电电源(VDD)，

所述第六二极管(V4)的正极可电连接于所述驱动装置的公共接地端(GND)，其负极可电连接于所述使能信号的输入电位点(SA)。

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