CN105429440B - 一种开关过程自动跟踪控制的大功率igbt驱动电路 - Google Patents

一种开关过程自动跟踪控制的大功率igbt驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，包括三步驱动控制模块，三步驱动控制模块分别与diC/dt检测模块、功率放大模块连接，diC/dt检测模块、功率放大模块均与IGBT连接。本发明一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，采用以开环运算放大器为核心的三步驱动控制模块可自动跟踪IGBT开通关断过程各阶段，实现对IGBT开通关断过程的优化控制，减小其开关损耗；同时针对不同的IGBT和应用场合，通过设置外加参考电压的大小即可对实现对IGBT电流变化率diC/dt的精确控制，从而有效地保护IGBT。

Description

一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路
技术领域
本发明属于新型半导体器件及电路技术领域，具体涉及一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路。
背景技术
作为电力电子变流设备的“CPU”，IGBT成为未来电力电子器件应用发展的必然方向。随着电力电子技术的不断发展，对IGBT驱动电路也提出了新的要求：更高的开关频率，更小的开关损耗，在开关瞬间可以有效地抑制电流变化率diC/dt的影响，因此，驱动电路就要保证IGBT以较快的速度开通和关断，同时最大限度的减小EMI，确保IGBT安全开关。
传统IGBT驱动电路多使用开环的驱动电路模式，通过简单的调整驱动电路的栅极电阻值来控制开关过程，导致IGBT开关过程中开关损耗大。近年来随着技术的发展，出现了一种多级动态栅电阻驱动的方案，其基本思想是在IGBT开通/关断的不同阶段，切换成不同阻值的栅电阻驱动来减小IGBT的开关损耗。但是这种方案中一方面各个阶段的控制通过手动设定固定的延迟时间来实现，无法实现对开通关断过程中电流变化的自动跟踪控制，另一方面仅靠切换有限的几档电阻阻值无法对开关过程中IGBT的diC/dt进行精确控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，解决了现有多级栅电阻驱动电路中无法自动跟踪控制开关过程和精确控制电流变化率diC/dt的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，包括三步驱动控制模块，三步驱动控制模块分别与diC/dt检测模块、功率放大模块连接，diC/dt检测模块、功率放大模块均与IGBT连接。
本发明的特点还在于，
三步驱动控制模块包括PWM信号电平移位电路和开环运算放大器，PWM信号电平移位电路将接收到的PWM信号中的开通控制信号和关断控制信号分别转换为正电压VREF-on和负电压VREF-off，其中VREF-on和VREF-off由外部接入；开环运算放大器同相端输入参考电平VREF，其中，开通过程输入为VREF-on，关断过程输入为VREF-off；开环运算放大器反相端接diC/dt检测模块；开环运算放大器的输出端接功率放大模块。
针对IPM模块，diC/dt检测模块包括相互连接的微分电路和二级反相比例放大电路，二级反相比例放大电路与三步驱动控制模块连接，微分电路通过分流器与IGBT连接。
针对IGBT模块，diC/dt检测模块包括一级反相比例放大电路，一级反相比例放大电路的一端与三步驱动控制模块连接，一级反相比例放大电路的另一端通过寄生电感与IGBT连接。
功率放大模块采用NMOS晶体管和PMOS晶体管组成的推挽电路，用于增强驱动电路功率，增强栅驱动电流。
本发明的有益效果是：本发明一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，采用以开环运算放大器为核心的三步驱动控制模块可自动跟踪IGBT开通关断过程各阶段，实现对IGBT开通关断过程的优化控制，减小其开关损耗；同时针对不同的IGBT和应用场合，通过设置外加参考电压的大小即可对实现对IGBT电流变化率diC/dt的精确控制，从而有效地保护IGBT。
附图说明
图1是本发明一种大功率IGBT驱动电路的电路框架图；
图2是本发明一种大功率IGBT驱动电路的应用于IPM模块的电路图；
图3是本发明一种大功率IGBT驱动电路的应用于IGBT模块的电路图。
图中，1.三步驱动控制模块，2.diC/dt检测模块，3.功率放大模块，4.PWM信号电平移位电路，5.开环运算放大器，6.微分电路，7.二级反相比例放大电路，8.分流器，9.寄生电感，10.一级反相比例放大电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，电路框架图如图1所示，包括三步驱动控制模块1，三步驱动控制模块1分别与diC/dt检测模块2、功率放大模块3连接，diC/dt检测模块2、功率放大模块3均与IGBT连接。
如图2、3所示，其中三步驱动控制模块1包括PWM信号电平移位电路4和开环运算放大器5，PWM信号电平移位电路4将控制器发送过来的PWM信号中的开通控制信号和关断控制信号分别转换为正电压VREF-on和负电压VREF-off，其中VREF-on和VREF-off由外部接入；开环运算放大器5同相端输入参考电平VREF，其中，开通过程输入为VREF-on，关断过程输入为VREF-off；开环运算放大器5反相端接diC/dt检测模块2的输出VOP3；开环运算放大器5的输出端接所述功率放大模块3。
开环运算放大器5在IGBT电流iC不发生变化时工作在非线性状态，输出正电源电压+Vcc或负电源电压-Vee，在IGBT开通过程中，在iC尚未开始增加时，diC/dt检测模块2输出为0，此时开环运算放大器5工作在非线性工作区，输出正电源电压+Vcc，电路以最大电压充电，加快开通过程；当iC开始上升时，开环运算放大器5进入线性工作区，电路进入diC/dt负反馈控制阶段，使ic上升斜率被抑制在VREF-on所决定的特定值；当iC稳定后，开环运算放大器5进入非线性工作区，输出为电源电压+Vcc，电路再次以最大电压充电，加速IGBT完全开通。关断过程中，在iC尚未下降时，开环运算放大器5输出为电源电压-Vee，电路以最大电压对IGBT放电，加速关断IGBT；当iC开始下降时，电路进入diC/dt控制阶段，开环运算放大器5使iC的下降斜率抑制在VREF-off所决定的特定值；当iC下降到0时，开环运算放大器5输出为-Vee，电路再次以最大电流对IGBT放电，使其快速完全关断。因此，通过该电路模块即可完成对IGBT的三步驱动控制和对diC/dt的精确控制。
针对大功率IPM模块驱动，其diC/dt检测模块2如图2所示，包括相互连接的微分电路6和二级反相比例放大电路7，二级反相比例放大电路7与三步驱动控制模块1连接，微分电路6通过DBC底板集成分流器8与IGBT连接。采用DBC底板集成分流器8的方法获得电流iC，之后采用由运放OP1构成的微分电路6获得diC/dt，再采用由运放OP2和OP3构成的二级反相比例放大电路7对信号进行放大。
当iC无变化时OP3输出为0，iC上升时，OP3输出为正值，iC下降时，OP3输出为负值。
设V0为分流器电阻R0上的电压，则
V0＝-icR0 (1)
微分电路6的输出电压VOP1
经过两级反相放大器后的输出电压VOP3
即VOP3的电压值可以反映diC/dt的大小。
下面介绍三步驱动控制模块5在diC/dt负反馈控制阶段的工作机理：
在开通期间
在关断期间
式中VGG为栅驱动电压，gm为IGBT的跨导，Rg为栅驱动电阻，Cies为IGBT的输入寄生电容，VT为IGBT的阈值电压，LeE是IGBT模块主发射极E和辅助发射极e端子间杂散电感(对于IPM模块，LeE＝0)。可见，在开通关断期间iC的斜率diC/dt是所加栅压的函数，所以改变栅压就可以调节diC/dt的大小。
此电路中，VGG＝VOP
其中，AV为运放OP的开环增益，简化起见，令
则上式(6)简化为
(7)式说明，当电路diC/dt较大时，输出的VGG减小，从而减小开关过程中的diC/dt；当diC/dt较小时，输出的VGG增大，从而增大开关过程中的diC/dt，实现在开关过程中动态调节diC/dt的值。
电路处于开通状态时，
令C＝VT-ic/2gm
则(4)简化为
将(7)代入(8)
则
由于AV>>0，那么
即开通时
电路处于关断状态时
令E＝VT+ic/2gm则(5)简化为
将(7)代入(13)
则
由于AV>>0，那么
即关断时
针对大功率IGBT模块驱动，其diC/dt检测模块2如图3所示，包括一级反相比例放大电路10，一级反相比例放大电路10的一端与三步驱动控制模块1连接，一级反相比例放大电路10的另一端通过寄生电感9与IGBT连接。
采用直接检测IGBT模块主发射极E和辅助发射极e端子间寄生电感9两端的电压获得diC/dt，之后采用一级反相比例放大电路10对信号进行放大。其电路工作过程与IPM模块工作过程类似，只是diC/dt检测模块不同。IGBT模块可以通过检测寄生电感9LeE上的电压获得diC/dt。
寄生电感9LeE上的电压VL
通过反相放大器放大后，
此时，(6)式变为
将(20)分别代入(8)(13)可得
开通时：
关断时：
式(12)(17)(21)(22)说明，开关过程中diC/dt是外加参考电压VREF的一次线性函数，VREF即可决定diC/dt的值。
功率放大模块3采用NMOS晶体管和PMOS晶体管组成的推挽电路，用于增强驱动电路功率，增强栅驱动电流。
本发明采用以开环运算放大器为核心的三步驱动控制模块可自动跟踪IGBT开通关断过程各阶段，实现对IGBT开通关断过程的优化控制，减小其开关损耗；同时针对不同的IGBT和应用场合，通过设置外加参考电压的大小即可对实现对IGBT电流变化率diC/dt的精确控制，从而有效地保护IGBT。
本发明一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路可针对大功率IGBT模块和IPM模块的可自动跟踪IGBT开通关断过程并对电流变化率diC/dt进行精确控制。在保持IGBT快速开通关断的同时，降低了开关过程中的EMI，解决了目前多级栅电阻驱动电路中无法自动跟踪控制开关过程和精确控制电流变化率diC/dt的问题。

Claims (4)

1.一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，其特征在于，包括三步驱动控制模块(1)，三步驱动控制模块(1)分别与diC/dt检测模块(2)、功率放大模块(3)连接，diC/dt检测模块(2)、功率放大模块(3)均与IGBT连接，所述三步驱动控制模块(1)包括PWM信号电平移位电路(4)和开环运算放大器(5)，PWM信号电平移位电路(4)将接收到的PWM信号中的开通控制信号和关断控制信号分别转换为正电压VREF-on和负电压VREF-off，其中VREF-on和VREF-off由外部接入；开环运算放大器(5)同相端输入参考电平VREF，其中，开通过程输入为VREF-on，关断过程输入为VREF-off；开环运算放大器(5)反相端接所述diC/dt检测模块(2)；开环运算放大器(5)的输出端接所述功率放大模块(3)。
2.根据权利要求1所述的一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，其特征在于，针对IPM模块，所述diC/dt检测模块(2)包括相互连接的微分电路(6)和二级反相比例放大电路(7)，二级反相比例放大电路(7)与所述三步驱动控制模块(1)连接，微分电路(6)通过分流器(8)与所述IGBT连接。
3.根据权利要求1所述的一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，其特征在于，针对IGBT模块，所述diC/dt检测模块(2)包括一级反相比例放大电路(10)，一级反相比例放大电路(10)的一端与所述三步驱动控制模块(1)连接，一级反相比例放大电路(10)的另一端通过寄生电感(9)与所述IGBT连接。
4.根据权利要求1所述的一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，其特征在于，所述功率放大模块(3)采用NMOS晶体管和PMOS晶体管组成的推挽电路，用于增强驱动电路功率，增强栅驱动电流。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811903A (zh) * 2016-04-05 2016-07-27 全球能源互联网研究院 一种全模拟功率放大驱动电路
CN106505839A (zh) * 2016-11-15 2017-03-15 华中科技大学 一种降低关闭损耗的igbt器件驱动电路及方法
CN108880515A (zh) * 2018-06-06 2018-11-23 广州汽车集团股份有限公司 Igbt开关控制电路的控制方法及装置
CN109618440B (zh) * 2019-01-30 2021-12-03 九阳股份有限公司 一种电磁加热控制电路及控制方法
JP7111273B1 (ja) 2022-05-16 2022-08-02 富士電機株式会社 ゲート駆動装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377419A (zh) * 2010-08-09 2012-03-14 本田技研工业株式会社 半导体元件的驱动装置及方法
CN102594104A (zh) * 2012-02-22 2012-07-18 武汉正远铁路电气有限公司 大功率igbt数字化智能驱动装置
CN104201897A (zh) * 2014-08-31 2014-12-10 广州金升阳科技有限公司 一种开关电源的动态过程检测方法和快速响应电路
CN204633582U (zh) * 2015-03-13 2015-09-09 武汉征原电气有限公司 智能数字化大功率igbt驱动装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377419A (zh) * 2010-08-09 2012-03-14 本田技研工业株式会社 半导体元件的驱动装置及方法
CN102594104A (zh) * 2012-02-22 2012-07-18 武汉正远铁路电气有限公司 大功率igbt数字化智能驱动装置
CN104201897A (zh) * 2014-08-31 2014-12-10 广州金升阳科技有限公司 一种开关电源的动态过程检测方法和快速响应电路
CN204633582U (zh) * 2015-03-13 2015-09-09 武汉征原电气有限公司 智能数字化大功率igbt驱动装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"数字IGBT驱动保护电路设计";于飞 等;《电测与仪表》;20140525;第51卷(第10期);第116-119页 *

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