CN105375909B - Igbt导通控制方法、装置和igbt关断控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及IGBT导通控制方法、装置和IGBT关断控制方法、装置，在控制IGBT导通时，给IGBT的驱动信号为：首先电压为V1，经过t1时间后，改变为V2，经过t2时间后，改变为V3；其中，V1＜V2＜V3，也就是说，控制导通的控制信号为一个阶梯波；同理，控制IGBT关断的控制信号也是一个阶梯波。通过该导通和关断控制方法，可以在IGBT导通和关断过程中控制各串联IGBT门极电压信号，并且根据每个IGBT的集‑射极电压调整相应的门极驱动电压输出，最终达到各串联IGBT集‑射极电压一致的目的。该方法采用模拟电路实现门极电压的输出波形控制和集‑射极电压至基极电压的双闭环反馈，实现方法简单，控制方便，成本低廉，抗干扰性能强。

Description

IGBT导通控制方法、装置和IGBT关断控制方法、装置

技术领域

本发明涉及IGBT导通控制方法、装置和IGBT关断控制方法、装置。

背景技术

IGBT是一种比较理想的全控型器件，在电力电子领域得到了广泛的应用。然而，在许多高压或者超高压场合中，由于单个器件的耐压等级较低，导致其使用受到限制，IGBT串联使用是一种较为有效的提高耐压的方法，因此研究IGBT串联均压技术具有十分重要的意义。

IGBT串联技术需要解决的一个核心问题是IGBT门极电压信号的控制问题。现有的常规控制方法只是在IGBT的门极加载一个正向电压以使IGBT导通，在IGBT的门极加载一个负向电压以使IGBT关断，这种方式对于单个IGBT的控制没有什么大的影响，但是对于控制多个串联的IGBT就会有一定的影响，它只能控制IGBT的导通或者关断，并不能根据具体情况调节导通或者关断信号，这样会导致各串联IGBT集-射极电压不一致的情况，对于整个串联线路的正常运行造成很大的影响，也易受到其他干扰。

发明内容

本发明的目的是提供IGBT导通控制方法、装置和IGBT关断控制方法、装置，用以解决现有的IGBT导通和关断控制方式会导致各串联IGBT集-射极电压不一致的情况的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种IGBT导通控制方法，IGBT驱动控制信号上升沿为具有三个电压幅值、且电压幅值依次增大的阶梯波；所述三个电压幅值依次为：电压V1、电压V2和电压V3，其中，电压V1持续的时间为t1，电压V2持续的时间为t2，V1＜V2＜V3。

通过采集IGBT门极电压V_ge的电压，在IGBT门极电压V_ge的电压上升过程中，产生V2，IGBT门极电压V_ge的电压上升时，IGBT集-射极电压V_ce下降，在IGBT集-射极电压V_ce下降过程中，产生V3。

所述V1为5V，所述V2为10V，所述V3为15V。

一种上述的IGBT导通控制方法的IGBT导通控制装置，包括第一阶段控制模块、第二阶段控制模块和IGBT控制信号产生模块，所述第一阶段控制模块包括第一比较器和第二比较器，所述第二阶段控制模块包括第三比较器和第四比较器；所述第一比较器的两个输入端分别输入IGBT门极电压V_ge和动作点电压，所述第一比较器用于在所述IGBT门极电压V_ge上升到所述动作点电压时，输出为第二比较器的其中一个输入端连接的第一模拟电路充电，并产生第一模拟电压，当所述第一模拟电压小于第二比较器的的另一个输入端输入的第一参考电压时，第二比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的驱动控制信号改变为V2；

所述第三比较器的两个输入端分别输入IGBT集-射极电压V_ce和动作点电压，所述第三比较器用于在所述IGBT集-射极电压V_ce下降到所述动作点电压时，输出为第四比较器的其中一个输入端连接的第二模拟电路充电，并产生第二模拟电压，所述第二模拟电压与第二参考电压分别输入到第四比较器的两个输入端中，并进行比较，在设定时刻第四比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的驱动控制信号改变为V3。

所述IGBT门极电压与所述第一比较器其中一个输入端之间的输入线路上串接有二极管D25和电阻R60，所述第一比较器其中一个输入端与地之间串接有电阻R68，电阻R68与稳压管D26并联；所述动作点电压为+5V，所述动作点电压与所述第一比较器的另一个输入端之间的输入线路上串接有电阻R85，所述动作点电压与地之间串接有电容C65，所述第一比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R83；所述第一模拟电路为：所述第一比较器的输出端与所 述第二比较器的其中一个输入端之间串接有变阻器R58，所述第二比较器的其中一个输入端与地之间串接有电阻R59和R63，所述R59和R63之间的连接点与地之间串接有电容C59；所述第二比较器的另一个输入端与所述第一参考电压之间串接有电阻R89，所述第二比较器的另一个输入端与地之间串接有电容C62，电容C62与由电阻R80与变阻器R84构成的串联支路并联；

所述IGBT集-射极电压与所述第三比较器的其中一个输入端之间的输入线路上串接有R65、R64、R66、R67、R71、R70、R72、R73，所述第三比较器的其中一个输入端与地之间串接有R81，电阻R81与稳压管D39并联；所述动作点电压与所述第三比较器的另一个输入端之间串接有电阻R92，所述动作点电压与地之间串接有电容C66，所述第三比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R91；所述第二模拟电路为：所述第三比较器的输出端与所述第四比较器的其中一个输入端之间串设有变阻器R61，所述第四比较器的其中一个输入端与地之间串设有电阻R79和电阻R69，电阻R79和电阻R69之间的连接点与地之间串设有电容C60；所述第二参考电压与所述第四比较器的另一个输入端之间串设有电阻R94，所述第四比较器的另一个输入端与地之间串设有电容C64，电容C64与由电阻R87与变阻器R93构成的串联支路并联。

一种IGBT关断控制方法，IGBT关断控制信号下降沿为具有三个负向电压幅值、且负向电压幅值的绝对值依次增大的阶梯波；所述三个负向电压幅值依次为：负向电压V1、负向电压V2和负向电压V3，其中，负向电压V1持续的时间为t3，电压V2持续的时间为t4，|V1|＜|V2|＜|V3|。

通过采集IGBT门极电压V_ge的电压，在IGBT门极电压V_ge的电压下降过程中，产生V2，IGBT门极电压V_ge的电压下降时，IGBT集-射极电压V_ce上升，在IGBT集-射极电压V_ce上升过程中，产生V3。

所述负向电压V1为-5V，所述负向电压V2为-10V，所述负向电压V3为-15V。

一种上述的IGBT关断控制方法的IGBT关断控制装置，包括第一阶段控制模块、第二阶段控制模块和IGBT控制信号产生模块，所述第一阶段控制模块包括第一比较器和第二比较器，所述第二阶段控制模块包括第三比较器和第四比较器；

所述第一比较器的两个输入端分别输入IGBT门极电压V_ge和动作点电压，所述第一比较器用于在所述IGBT门极电压V_ge下降到所述动作点电压时，输出为第二比较器的其中一个输入端连接的第一模拟电路放电，并产生第一模拟电压，当所述第一模拟电压大于第二比较器的的另一个输入端输入的第一参考电压时，第二比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的关断控制信号改变为V2；

所述第三比较器的两个输入端分别输入IGBT集-射极电压V_ce和动作点电压，所述第三比较器用于在所述IGBT集-射极电压V_ce上升到所述动作点电压时，输出为第四比较器的其中一个输入端连接的第二模拟电路放电，并产生第二模拟电压，所述第二模拟电压与第二参考电压分别输入到第四比较器的两个输入端中，并进行比较，在设定时刻第四比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的关断控制信号改变为V3。

所述IGBT门极电压与所述第一比较器其中一个输入端之间的输入线路上串接有二极管D48和电阻R100，所述第一比较器其中一个输入端与地之间串接有电阻R110，电阻R110与稳压管D49并联；所述动作点电压为+5V，所述动作点电压与所述第一比较器的另一个输入端之间的输入线路上串接有电阻R119，所述动作点电压与地之间串接有电容C74，所述第一比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R117；所述第一模拟电路为：所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的其中一个输入端之间串接有变阻器R95，所述第二比较器的其中一个输入端与地之间串接有电阻R99和电阻R106，电阻R99和电阻R106之间的连接点与地之间串接有电容C68；所述第二比较器的另一个输 入端与所述第一参考电压之间串接有电阻R124，所述第二比较器的另一个输入端与地之间串接有电容C72，电容C72与由电阻R113与变阻器R120构成的串联支路并联；

所述IGBT集-射极电压与所述第三比较器的其中一个输入端之间的输入线路上串接有R98、R97、R101、R102、R105、R104、R107、R108，所述第三比较器的其中一个输入端与地之间串接有电阻R111，电阻R111与稳压管D50并联；所述动作点电压与所述第三比较器的另一个输入端之间串接有电阻R122，所述动作点电压与地之间串接有电容C75，所述第三比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R121；所述第二模拟电路为：所述第三比较器的输出端与所述第四比较器的其中一个输入端之间串设有变阻器R96，所述第四比较器的其中一个输入端与地之间串设有电阻R103和电阻R109，电阻R103和电阻R109之间的连接点与地之间串设有电容C69；所述第二参考电压与所述第四比较器的另一个输入端之间串设有电阻R125，所述第四比较器的另一个输入端与地之间串设有电容C73，电容C73与由电阻R115与变阻器R123构成的串联支路并联。

本发明提供一种IGBT导通和关断控制方法以及控制装置，在控制IGBT导通时，首先给IGBT一个电压为V1的驱动控制信号，经过t1时间后，该驱动控制信号的电压改变为V2，经过t2时间后，该驱动控制信号的电压改变为V3；其中，V1＜V2＜V3，也就是说，控制导通的控制信号为一个阶梯波；同理，控制IGBT关断的控制信号也是一个阶梯波。通过该导通和关断控制方法，可以在IGBT导通和关断过程中控制各串联IGBT门极电压信号，并且根据每个IGBT的集-射极电压调整相应的门极驱动电压输出，最终达到各串联IGBT集-射极电压一致的目的。该方法采用模拟电路实现门极电压的输出波形控制和集-射极电压至基极电压的双闭环反馈，实现方法简单，控制方便，成本低廉，抗干扰性能强。

附图说明

图1是IGBT门极驱动电压波形图；

图2是IGBT导通控制装置中的t1阶段控制电路图；

图3是与图2中的控制电路图对应的逻辑时序图；

图4是IGBT导通控制装置中的t2阶段控制电路图；

图5是与图4中的控制电路图对应的逻辑时序图；

图6是IGBT关断控制装置中的t3阶段控制电路图；

图7是与图6中的控制电路图对应的逻辑时序图；

图8是IGBT关断控制装置中的t4阶段控制电路图；

图9是与图8中的控制电路图对应的逻辑时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

IGBT的驱动电压输出波形如图1的实线所示，其中，控制IGBT的导通的控制信号为由三段不同幅值的阶梯波构成，控制IGBT的关断的控制信号也为由三段不同幅值的阶梯波构成。不管是导通还是关断，其阶梯波的形成步骤均为：首先给IGBT一个电压为V1的驱动控制信号，经过一定时间后，该驱动控制信号的电压改变为V2，再经过一定时间后，该驱动控制信号的电压改变为V3；其中，|V1|＜|V2|＜|V3|。不同的是，控制导通的驱动信号V1、V2、V3为正向电压值，控制关断的驱动信号V1、V2、V3为负向电压值。在本实施例中，当控制导通时，V1为5V，V2为10V，V3为15V；当控制关断时，V1为-5V，V2为-10V，V3为-15V。当然，这些电压值并不局限于上述数值，也可以是其他能够实现导通和关断的数值。

如图1所示，导通时门极驱动输出的电平幅值分别为+5V(持续时间为t₁)、+10V(持续时间为t₂)、+15V，关断时门极驱动输出的电平幅值分别为-5V(持续时间为t₃)、-10V(持续时间为t₄)、-15V。虚线所示的是IGBT的传统门极 驱动电压波形，其不是阶梯波，而是直接由零到达幅值分别为+15V和-15V的梯形波。

下面依次对导通和关断情况进行具体分析，首先对导通情况进行说明。

IGBT导通控制装置包括第一阶段控制模块、第二阶段控制模块和IGBT控制信号产生模块，第一阶段控制模块包括第一比较器和第二比较器，第一比较器的两个比较输入端分别输入IGBT门极电压和动作点电压，第一比较器的输出端连接第二比较器的一个比较输入端，第二比较器的另一个比较输入端输入第一参考电压，第二比较器的输出端输出连接IGBT控制信号产生模块的对应的输入端。

第二阶段控制模块包括第三比较器和第四比较器，第三比较器的两个比较输入端分别输入IGBT集-射极电压和动作点电压，第三比较器的输出端连接第四比较器的一个比较输入端，第四比较器的另一个比较输入端输入第二参考电压，第四比较器的输出端输出连接IGBT控制信号产生模块的对应的输入端。

具体为：如图2所示，其为第一阶段控制模块的电路图，IGBT门极电压V_ge(图2中的G端)与第一比较器U24的Vn输入端之间的输入线路上串接有二极管D25和电阻R60，第一比较器U24的Vn输入端与地之间串接有电阻R68，电阻R68与稳压管D26并联。动作点电压+5V与第一比较器U24的Vp输入端之间的输入线路上串接有电阻R85，动作点电压+5V与地之间串接有电容C65，第一比较器U24的Vp输入端与地之间串接有电阻R83。第一比较器U24的输出端Q与第二比较器U23的Vp输入端之间串接有变阻器R58，第二比较器U23的Vp输入端与地之间串接有电阻R59和电阻R63，电阻R59和电阻R63之间的连接点与地之间串接有电容C59；第二比较器U23的Vn输入端与第一参考电压Lable25之间串接有电阻R89，第二比较器U23的Vn输入端与地之间串接有电容C62，电容C62与由电阻R80与变阻器R84构成的串联支路并联。第二比较器U23的输出端Q输出的信号为V_{don1_detect}，该输出信号 V_{don1_detect}输入给IGBT控制信号产生模块。

如图3所示，自IGBT导通指令起始，IGBT控制信号产生模块产生的控制IGBT导通的控制信号的输出电压为+5V。其门极V_ge电压开始缓慢上升，D25、R60、D26、R68、U34构成V_ge电压的取样回路，R83、R85和C65为比较器U24动作的参考电压回路，当GE间的电压大于参考电压的规定值时，U24输出高电平。R59、C59、R63、R58构成了V_ge电压的模拟电路，调整R58的大小可以改变V_ge电压模拟电路的时间常数，R89、R80、R84和C62构成生成参考曲线的RC电路，调整R84可以改变V_ge电压参考曲线的时间常数。Lable25为参考电压，能够将IGBT导通信号延时输出(延时时间一般为1～3μs，可调)，由前级逻辑处理部分给出(这不属于本发明的发明点，不做赘述)。U24输出高电平后，随即对U23的V_ge模拟电压回路充电，C59上的电压开始升高，当参考电压幅值大于模拟电压幅值时，比较器U23输出高电平，即V_{don1_detect}为高电平，那么IGBT控制信号产生模块输出的控制信号的输出电压变为+10V，t₁阶段结束后，进入t₂阶段。调整参考回路中的时间常数可以改变t₁阶段的持续时间。

对于串联IGBT来说，如果IGBT的导通速度慢，那么V_ge电压的上升速率也会减慢，U24输出高电平的时间点会延后，减小t₁阶段的持续时间，加快IGBT的导通速率；如果IGBT的导通速度快，那么V_ge电压的上升速率也会加快，U24输出高电平的时间点会提前，延长t₁阶段的持续时间，减缓IGBT的导通速率，实现串联IGBT导通速率的一致。

如图4所示，其为第二阶段控制模块的电路图，IGBT集-射极电压V_ce(图4中的C端)与第三比较器U26的Vp输入端之间的输入线路上串接有R65、R64、R66、R67、R71、R70、R72、R73，第三比较器U26的Vp输入端与地之间串接有R81，电阻R81与稳压管D39并联。动作点电压+5V与第三比较器U26的Vn输入端之间串接有电阻R92，动作点电压+5V与地之间串接有电容C66，第三比较器U26的Vn输入端与地之间串接有电阻R91；第三比较器U26的输出端Q与第四比较器U25的Vp输入端之间串设有变阻器R61，第四比较器U25的Vp输入端与地之间串设有电阻R79和电阻R69，电阻R79和电阻R69之间的连接点与地之间串设有电容C60；第二参考电压Lable3与第四比较器U25的Vn输入端之间串设有电阻R94，第四比较器U25的Vn输入端与地之间串设有电容C64，电容C64与由电阻R87与变阻器R93构成的串联支路并联。第四比较器U25的输出端Q输出的信号为V_{don2_detect}，该输出信号V_{don2_detect}输入给IGBT控制信号产生模块。

IGBT导通过程中V_ge电压从负压逐渐上升至+15V，Vce电压则从母线电压逐渐下降至饱和压降，因此将导通过程中IGBT的V_ce电压下降过程等效为一个RC放电回路，作为控制t₂阶段持续时间的参考曲线。自t₂阶段开始时，IGBT控制信号产生模块产生的控制IGBT导通的控制信号的输出电压为+10V。在图4的电路中，R65、R64、R66、R67、R71、R70、R72、R73、R81、D39构成V_ce电压采样电路；U26、R91、R92、C66构成比较电路，如图5所示，当Vce下降至参考电压的规定值时(即当Vce采样电压小于参考电压值时)，U26输出高电平；R61、R69、R79、C60构成Vce电压模拟电路，调整R61可以改变Vce电压模拟电路的时间常数，R94、R87、R93和C64构成生成参考曲线的RC电路，调整R93可以改变Vce参考电压曲线的时间常数。Lable3为参考电压，能够将IGBT的导通信号延时输出(延时时间一般为2～5μs，可调，大于Lable25的延时时间)，由前级逻辑处理部分给出(这不属于本发明的发明点，不做赘述)。U26输出高电平后，随即对U25的Vce模拟电压回路充电，C60上的电压开始升高，当模拟电压幅值小于参考电压幅值时，比较器U25输出高电平，即V_{don2_detect}为高电平，那么IGBT控制信号产生模块输出的控制信号的输出电压变为+15V，t₂阶段结束。调整模拟电压回路和参考电压回路中的时间常数可以改变t₂阶段的持续时间。

当门极电压上升到一定程度后，集电极电压开始下降，此时以Vce电压作为监测对象，如果IGBT的导通速度慢，那么Vce电压的下降速率也会减慢，U26输出高电平的时间点会延后，减小t₂阶段的持续时间，尽快进入门极电压+15V的阶段，加快IGBT的导通速率；如果IGBT的导通速度快，那么Vce电压的下降速率也会加快，U26输出高电平的时间点会提前，延长t₂阶段的持续时间，延长进入门极电压+15V的阶段，减缓IGBT的导通速率，实现IGBT导通速率的一致。

该导通控制装置在工作时：采集IGBT门极的驱动电压，当IGBT导通速度慢于参考曲线时，缩短t₁阶段的时间，门极驱动电压的输出幅值提前进入第二阶段的高电平状态，加快IGBT的导通速度；当IGBT导通速度快于参考曲线时，延长t₁阶段的时间，减缓门极驱动电压的输出幅值进入第二阶段的高电平状态，减慢IGBT导通速度。采集IGBT集-射极端的电压，当IGBT导通速度慢于参考曲线时，缩短t₂阶段的时间，门极驱动电压的输出幅值提前进入第三阶段的高电平状态，加快IGBT的导通速度；当IGBT导通速度快于参考曲线时，延长t₂阶段的时间，减缓门极驱动电压的输出幅值进入第三阶段的高电平状态，减慢IGBT导通速度。

总之，IGBT控制信号产生模块开始的时候输出的驱动信号为+5V；t₁阶段结束后，即V_{don1_detect}输出高电平时，IGBT控制信号产生模块输出的驱动信号变为+10V，进入t₂阶段；当t₂阶段结束后，即V_{don2_detect}输出高电平时，IGBT控制信号产生模块输出的驱动信号变为+15V。IGBT控制信号产生模块整个输出的控制信号为阶梯波，并将该阶梯波控制信号输出给IGBT的控制端，以控制IGBT导通。

下面对关断情况进行说明，以下说明中各个部分的名称与上述导通情况中各个部分的名称虽然有些相同，但是两者之间互无关系。

IGBT关断控制装置包括第一阶段控制模块、第二阶段控制模块和IGBT 控制信号产生模块，第一阶段控制模块包括第一比较器和第二比较器，第一比较器的两个比较输入端分别输入IGBT门极电压和动作点电压，第一比较器的输出端连接第二比较器的一个比较输入端，第二比较器的另一个比较输入端输入第一参考电压，第二比较器的输出端输出连接IGBT控制信号产生模块的对应的输入端。

第二阶段控制模块包括第三比较器和第四比较器，第三比较器的两个比较输入端分别输入IGBT集-射极电压和动作点电压，第三比较器的输出端连接第四比较器的一个比较输入端，第四比较器的另一个比较输入端输入第二参考电压，第四比较器的输出端输出连接IGBT控制信号产生模块的对应的输入端。

具体为：如图6所示，其为第一阶段控制模块的电路图，IGBT门极电压V_ge(图6中的G端)与第一比较器U30的Vn输入端之间的输入线路上串接有二极管D48和电阻R100，第一比较器U30的Vn输入端与地之间串接有电阻R110，电阻R110与稳压管D49并联。动作点电压+5V与第一比较器U30的Vp输入端之间的输入线路上串接有电阻R119，动作点电压+5V与地之间串接有电容C74，第一比较器U30的Vp输入端与地之间串接有电阻R117。第一比较器U30的输出端Q与第二比较器U28的Vn输入端之间串接有变阻器R95，第二比较器U28的Vn输入端与地之间串接有电阻R99和电阻R106，电阻R99和电阻R106之间的连接点与地之间串接有电容C68。第二比较器U28的Vp输入端与第一参考电压OUT4之间串接有电阻R124，第二比较器U28的Vp输入端与地之间串接有电容C72，电容C72与由电阻R113与变阻器R120构成的串联支路并联。第二比较器U28的输出端Q输出的信号为V_{doff1_detect}，该输出信号V_{doff1_detect}输入给IGBT控制信号产生模块。

如图7所示，自IGBT关断指令起始，IGBT控制信号产生模块产生的控制IGBT关断的控制信号的输出电压为-5V。其门极V_ge电压开始下降，D48、R100、D49、R110、U30构成V_ge电压的取样回路，R117、R119和C74为比 较器U30动作的参考电压回路，当GE间的电压(V_ge采样电压)小于参考电压的规定值时，U30输出低电平。R106、C68、R99、R95构成了V_ge电压的模拟电路，调整R95的大小可以改变V_ge电压模拟电路的时间常数，R124、R113、R120和C72构成生成参考曲线的RC电路，调整R120可以改变V_ge电压参考曲线的时间常数，OUT4为参考电压，能够将IGBT关断信号延时输出(延时时间一般为1～3μs，可调，与Lable25的延时时间相同)，由前级逻辑处理部分给出(这不属于本发明的发明点，不做赘述)。

U30输出低电平后，随即对U28的V_ge模拟电压回路放电，调整参数使参考电压回路的时间常数小于模拟电压回路的时间常数，C68上的电压开始降低，当模拟电压幅值大于参考电压幅值时，比较器U28输出高电平，即V_{doff1_detect}为高电平，那么IGBT控制信号产生模块输出的控制信号的输出电压变为-10V，t₃阶段结束后，进入t₄阶段。

当IGBT关断时，门极GE电压开始下降，此时以V_ge电压作为监测对象，如果IGBT的关断速度慢，那么V_ge电压的下降速率也会减慢，U30输出低电平的时间点会延后，减小t₃阶段的持续时间，尽快进入门极驱动电压-10V的阶段，加快IGBT的关断速率；如果IGBT的关断速度快，那么V_ge电压的下降速率也会加快，U26输出高电平的时间点会提前，延长t₂阶段的持续时间，延长进入门极电压-10V的阶段，减缓IGBT的关断速率，实现IGBT关断速率的一致。

如图8所示，其为第二阶段控制模块的电路图，IGBT集-射极电压V_ce(图8中的C端)与第三比较器U31的Vp输入端之间的输入线路上串接有R98、R97、R101、R102、R105、R104、R107、R108，第三比较器U31的Vp输入端与地之间串接有电阻R111，电阻R111与稳压管D50并联。动作点电压+5V与第三比较器U31的Vn输入端之间串接有电阻R122，动作点电压+5V与地之间串接有电容C75，第三比较器U31的Vn输入端与地之间串接有电阻R121。 第三比较器U31的输出端Q与第四比较器U29的Vn输入端之间串设有变阻器R96，第四比较器U29的Vn输入端与地之间串设有电阻R103和电阻R109，电阻R103和电阻R109之间的连接点与地之间串设有电容C69。第二参考电压OUT6与第四比较器U29的Vp输入端之间串设有电阻R125，第四比较器U29的Vp输入端与地之间串设有电容C73，电容C73与由电阻R115与变阻器R123构成的串联支路并联。第四比较器U29的输出端Q输出的信号为V_{doff2_detect}，该输出信号V_{doff2_detect}输入给IGBT控制信号产生模块。

IGBT关断过程中V_ge电压逐渐下降至-15V，V_ce电压则从饱和压降逐渐上升至母线电压，因此我们将关断过程中IGBT的V_ce电压上升过程等效为一个RC放电回路，作为控制t₄阶段持续时间的参考曲线。自t₄阶段开始时，IGBT控制信号产生模块产生的控制IGBT关断的控制信号的输出电压为-10V。在图8的电路中，R98、R97、R101、R102、R105、R104、R107、R108、R111、D50构成V_ce电压采样电路；U31、R121、R122、C75构成比较电路，如图9所示，当V_ce上升至参考电压的规定值(即V_ce采样电压大于参考电压值)时，U31输出低电平。R109、R103、R96、C69构成V_ce电压模拟电路，调整R96可以改变V_ce电压模拟电路的时间常数，R125、R115、R123和C73构成生成参考曲线的RC电路，调整R123可以改变Vce参考电压曲线的时间常数，OUT6为参考电压，能够将IGBT关断信号延时输出(延时时间一般为2～4μs，可调，等于Lable3的延时时间)，由前级逻辑处理部分给出(这不属于本发明的发明点，不做赘述)。

U31输出低电平后，随即对U29的V_ce模拟电压回路放电，调整参数使参考电压回路的时间常数小于模拟电压回路的时间常数，C60上的电压开始降低，当模拟电压的幅值大于参考电压幅值时，比较器U29输出高电平，即V_{doff2_detect}为高电平，那么IGBT控制信号产生模块输出的控制信号的输出电压变为-15V，t₄阶段结束。

当IGBT关断时，集电极电压开始上升，此时以V_ce电压作为监测对象，如果IGBT的关断速度慢，那么V_ce电压的下降速率也会减慢，U31输出低电平的时间点会延后，减小t₄阶段的持续时间，尽快进入门极驱动电压-15V的阶段，加快IGBT的关断速率；如果IGBT的关断速度快，那么V_ce电压的下降速率也会加快，U31输出高电平的时间点会提前，延长t₄阶段的持续时间，延长进入门极电压-15V的阶段，减缓IGBT的关断速率，实现IGBT关断速率的一致。

该关断控制装置在工作时：采集IGBT门极的驱动电压，当IGBT关断速度慢于参考曲线时，缩短t₃阶段的时间，门极驱动电压的输出幅值提前进入下一阶段的负电平状态，加快IGBT的关断速度；当IGBT关断速度快于参考曲线时，延长t₃阶段的时间，减缓门极驱动电压的输出幅值进入下一阶段的高电平状态，减慢IGBT关断速度。采集IGBT集-射极端的电压，当IGBT开通速度慢于参考曲线时，缩短t₄阶段的时间，门极驱动电压的输出幅值提前进入下一阶段的负电平状态，加快IGBT的关断速度；当IGBT开通速度快于参考曲线时，延长t₄阶段的时间，减缓门极驱动电压的输出幅值进入下一阶段的负电平状态，减慢IGBT关断速度。

总之，IGBT控制信号产生模块开始的时候输出的关断信号为-5V；t₃阶段结束后，即V_{doff1_detect}输出高电平时，IGBT控制信号产生模块输出的关断信号变为-10V，进入t₄阶段；当t₄阶段结束后，即V_{doff2_detect}输出高电平时，IGBT控制信号产生模块输出的驱动信号变为-15V。IGBT控制信号产生模块整个输出的关断信号为阶梯波，并将该阶梯波控制信号输出给IGBT的控制端，以控制IGBT关断。

在导通控制装置和关断控制装置中，IGBT控制信号产生模块可以为一个控制器，根据输入的信号相应地改变输出电压，以此来形成一个阶梯波。

上述导通控制方法以及控制装置与关断控制方法以及控制装置可以同时 使用，即控制导通时使用该导通控制方法和装置，控制关断时使用该关断控制方法和装置，也可以只使用一个：控制导通时使用该导通控制方法和装置，控制关断时使用常规的关断控制方式；或者，控制导通时使用常规的控制方式，控制关断时使用该关断控制方法和装置。

当同时使用该导通控制方法以及控制装置与关断控制方法以及控制装置时，导通控制装置中的IGBT控制信号产生模块和关断控制装置中的IGBT控制信号产生模块可以使用同一个，所有的信号均输入给该IGBT控制信号产生模块，该模块进行相应地输出。

本发明中，IGBT控制信号产生模块是由外部供给的，根据系统对开关频率等的要求产生阶梯波，IGBT控制信号产生模块可采用FPGA或其他逻辑处理芯片，本发明的发明点在于阶梯波是通过怎样的控制(通过各种比较)产生的，对于根据IGBT导通控制装置中的第一阶段控制模块和第二阶段控制模块的输出信号产生阶梯波，以及根据IGBT关断控制装置中的第一阶段控制模块和第二阶段控制模块的输出信号产生阶梯波的方案均不属于本发明的发明点，在此不做赘述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种IGBT导通控制装置，其特征在于，包括第一阶段控制模块、第二阶段控制模块和IGBT控制信号产生模块，所述第一阶段控制模块包括第一比较器和第二比较器，所述第二阶段控制模块包括第三比较器和第四比较器；所述第一比较器的两个输入端分别输入IGBT门极电压V_ge和动作点电压，所述第一比较器用于在所述IGBT门极电压V_ge上升到所述动作点电压时，输出为第二比较器的其中一个输入端连接的第一模拟电路充电，并产生第一模拟电压，当所述第一模拟电压小于第二比较器的的另一个输入端输入的第一参考电压时，第二比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的驱动控制信号改变为V2；

所述第三比较器的两个输入端分别输入IGBT集-射极电压V_ce和动作点电压，所述第三比较器用于在所述IGBT集-射极电压V_ce下降到所述动作点电压时，输出为第四比较器的其中一个输入端连接的第二模拟电路充电，并产生第二模拟电压，所述第二模拟电压与第二参考电压分别输入到第四比较器的两个输入端中，并进行比较，在设定时刻第四比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的驱动控制信号改变为V3；

所述IGBT导通控制装置用于实施一种IGBT导通控制方法，该方法包括：IGBT驱动控制信号上升沿为具有三个电压幅值、且电压幅值依次增大的阶梯波；所述三个电压幅值依次为：电压V1、电压V2和电压V3，其中，电压V1持续的时间为t1，电压V2持续的时间为t2，V1＜V2＜V3。

2.根据权利要求1所述的IGBT导通控制装置，其特征在于，所述IGBT门极电压与所述第一比较器其中一个输入端之间的输入线路上串接有二极管D25和电阻R60，所述第一比较器其中一个输入端与地之间串接有电阻R68，电阻R68与稳压管D26并联；所述动作点电压为+5V，所述动作点电压与所述第一比较器的另一个输入端之间的输入线路上串接有电阻R85，所述动作点电压与地之间串接有电容C65，所述第一比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R83；所述第一模拟电路为：所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的其中一个输入端之间串接有变阻器R58，所述第二比较器的其中一个输入端与地之间串接有电阻R59和R63，所述R59和R63之间的连接点与地之间串接有电容C59；所述第二比较器的另一个输入端与所述第一参考电压之间串接有电阻R89，所述第二比较器的另一个输入端与地之间串接有电容C62，电容C62与由电阻R80与变阻器R84构成的串联支路并联；

所述IGBT集-射极电压与所述第三比较器的其中一个输入端之间的输入线路上串接有R65、R64、R66、R67、R71、R70、R72、R73，所述第三比较器的其中一个输入端与地之间串接有R81，电阻R81与稳压管D39并联；所述动作点电压与所述第三比较器的另一个输入端之间串接有电阻R92，所述动作点电压与地之间串接有电容C66，所述第三比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R91；所述第二模拟电路为：所述第三比较器的输出端与所述第四比较器的其中一个输入端之间串设有变阻器R61，所述第四比较器的其中一个输入端与地之间串设有电阻R79和电阻R69，电阻R79和电阻R69之间的连接点与地之间串设有电容C60；所述第二参考电压与所述第四比较器的另一个输入端之间串设有电阻R94，所述第四比较器的另一个输入端与地之间串设有电容C64，电容C64与由电阻R87与变阻器R93构成的串联支路并联。

3.一种IGBT关断控制装置，其特征在于，包括第一阶段控制模块、第二阶段控制模块和IGBT控制信号产生模块，所述第一阶段控制模块包括第一比较器和第二比较器，所述第二阶段控制模块包括第三比较器和第四比较器；

所述第一比较器的两个输入端分别输入IGBT门极电压V_ge和动作点电压，所述第一比较器用于在所述IGBT门极电压V_ge下降到所述动作点电压时，输出为第二比较器的其中一个输入端连接的第一模拟电路放电，并产生第一模拟电压，当所述第一模拟电压大于第二比较器的的另一个输入端输入的第一参考电压时，第二比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的关断控制信号改变为V2；

所述第三比较器的两个输入端分别输入IGBT集-射极电压V_ce和动作点电压，所述第三比较器用于在所述IGBT集-射极电压V_ce上升到所述动作点电压时，输出为第四比较器的其中一个输入端连接的第二模拟电路放电，并产生第二模拟电压，所述第二模拟电压与第二参考电压分别输入到第四比较器的两个输入端中，并进行比较，在设定时刻第四比较器输出高电平，IGBT控制信号产生模块产生的关断控制信号改变为V3；

所述IGBT关断控制装置用以实施一种IGBT关断控制方法，该方法包括：IGBT关断控制信号下降沿为具有三个负向电压幅值、且负向电压幅值的绝对值依次增大的阶梯波；所述三个负向电压幅值依次为：负向电压V1、负向电压V2和负向电压V3，其中，负向电压V1持续的时间为t3，电压V2持续的时间为t4，|V1|＜|V2|＜|V3|。

4.根据权利要求3所述的IGBT关断控制装置，其特征在于，所述IGBT门极电压与所述第一比较器其中一个输入端之间的输入线路上串接有二极管D48和电阻R100，所述第一比较器其中一个输入端与地之间串接有电阻R110，电阻R110与稳压管D49并联；所述动作点电压为+5V，所述动作点电压与所述第一比较器的另一个输入端之间的输入线路上串接有电阻R119，所述动作点电压与地之间串接有电容C74，所述第一比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R117；所述第一模拟电路为：所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的其中一个输入端之间串接有变阻器R95，所述第二比较器的其中一个输入端与地之间串接有电阻R99和电阻R106，电阻R99和电阻R106之间的连接点与地之间串接有电容C68；所述第二比较器的另一个输入端与所述第一参考电压之间串接有电阻R124，所述第二比较器的另一个输入端与地之间串接有电容C72，电容C72与由电阻R113与变阻器R120构成的串联支路并联；

所述IGBT集-射极电压与所述第三比较器的其中一个输入端之间的输入线路上串接有R98、R97、R101、R102、R105、R104、R107、R108，所述第三比较器的其中一个输入端与地之间串接有电阻R111，电阻R111与稳压管D50并联；所述动作点电压与所述第三比较器的另一个输入端之间串接有电阻R122，所述动作点电压与地之间串接有电容C75，所述第三比较器的另一个输入端与地之间串接有电阻R121；所述第二模拟电路为：所述第三比较器的输出端与所述第四比较器的其中一个输入端之间串设有变阻器R96，所述第四比较器的其中一个输入端与地之间串设有电阻R103和电阻R109，电阻R103和电阻R109之间的连接点与地之间串设有电容C69；所述第二参考电压与所述第四比较器的另一个输入端之间串设有电阻R125，所述第四比较器的另一个输入端与地之间串设有电容C73，电容C73与由电阻R115与变阻器R123构成的串联支路并联。