CN105958802A - 基于单电源的大功率igbt驱动供电电路 - Google Patents

基于单电源的大功率igbt驱动供电电路 Download PDF

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张东来
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Abstract

本发明提出了一种基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路，包括主控芯片、电平转换芯片、MOSFET管；所述主控芯片发出的正向驱动信号、负向关断信号、正向控制信号和负向控制信号；控制当正向驱动信号和正向控制信号使得加载在IGBT的门极G和发射极E两端的电压为V+，此时，IGBT开通；关断过程：控制负向关断信号和负向控制信号，使得加载在IGBT的门极G和发射极E两端的电压为‑V+，此时，IGBT关断。本发明能够基于单电源变换得到正负驱动供电电压，该电路具有以下特点：驱动供电电压基于同一单电源，不需要构造负电源，通过电力电子变换得到正负驱动供电电压；由于不使用变压器，可降低驱动供电电路的体积。

Description

基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路
技术领域
本发明涉及电子电力技术领域，具体涉及一种IGBT驱动供电电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展，各种功率开关器件得到越来越广泛的应用，如Power MOSFET、IGBT(绝缘栅双极晶体管)等，同时各种开关器件的驱动芯片也同样得到了高度的重视。
IGBT是一种电流型驱动的复合型电力电子功率器件，在驱动电压上需要施加正电压驱动，施加负电压加速关断，并可避免干扰可靠关闭IGBT。为达到可靠驱动IGBT的目的电源建立方法一般是，通过隔离变压器将供电源转换为正负驱动供电电压。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路，解决现有技术中存在的驱动电路结构复杂、体积大的问题。
为达上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路，包括主控芯片、电平转换芯片、MOSFET管；所述主控芯片发出的正向驱动信号、负向关断信号、正向控制信号和负向控制信号；所述正向驱动信号连接第一电平转换芯片，通过第一电平转换芯片得到驱动第一MOSFET管的第一驱动信号；所述第一MOSFET管的栅极连接所述第一驱动信号，漏极连接所述供电源的正极V+，源极连接第一驱动电阻，所述第一驱动电阻另一端连接IGBT的门极G；所述负向关断信号连接第二电平转换芯片，通过第二电平转换芯片得到驱动第二MOSFET管的第二驱动信号；所第二MOSFET管的栅极连接所述第二驱动信号，源极连接所述供电源的地，漏极连接第一关断电阻，所述第一关断电阻另一端连接IGBT的门极G；所述负向控制信号连接第三电平转换芯片，通过第三电平转换芯片得到驱动第三MOSFET管的第三驱动信号；所述第三MOSFET管的栅极连接所述第三驱动信号，漏极连接所述供电源的正极V+，源极连接第二关断电阻，所述第二关断电阻的另一端连接IGBT的发射极E；所述正向控制信号连接第四电平转换芯片，通过第四电平转换芯片得到驱动第四MOSFET管的第四驱动信号；所述第四MOSFET管的栅极连接所述第四驱动信号，源极连接所述供电源的地，源极连接第二驱动电阻，所述第二驱动电阻另一端连接IGBT的发射极E。
优选地，所述第一MOSFET管和第三MOSFET管为N沟道增强型MOSFET，所述第二MOSFET管和第四MOSFET管为P沟道增强型MOSFET。
基于本发明的单电源的大功率IGBT驱动供电电路的IGBT驱动控制方法，包括开通过程：当正向驱动信号为高电平且正向控制信号为低电平时，第一驱动信号为高电平，第一MOSFET管导通，第四驱动信号为低电平，第四MOSFET管导通，供电源V+通过第一MOSFET管以及第一驱动电阻、第四MOSFET管以及第二驱动电阻施加在IGBT的门极G和发射极E两端，故G、E间电压为V+，IGBT开通；关断过程：当负向关断信号为低电平且负向控制信号为高电平时，第二驱动信号为低电平，第二MOSFET管导通，第三驱动信号为低电平，第三MOSFET管导通，供电源V+通过第三MOSFET管以及第二关断电阻、第二MOSFET管以及第一关断电阻施加在IGBT的门极G和发射极E两端，故G、E间电压为-V+，IGBT关断。
开通过程中，负向关断信号为高电平、负向控制信号为低电平，第二驱动信号为高电平，第二MOSFET管关断，第三驱动信号为低电平，第三MOSFET管关断。
关断过程中，正向驱动信号为低电平、正向控制信号为高电平，第一驱动信号为低电平，第一MOSFET管关断，第四驱动信号为低电平，第四MOSFET管关断。
主控单元发出正向驱动信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第一电平转换芯片得到的第一驱动信号的逻辑与所述正向驱动信号相同、电平与所述供电源一致为V+；主控单元发出的正向控制信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第四电平转换芯片得到的第四驱动信号的逻辑与所述正向控制信号相同、电平与所述供电源一致为V+。
主控单元发出负向驱动信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第二电平转换芯片得到的第二驱动信号的逻辑与所述负向驱动信号相同、电平与所述供电源一致为V+；主控单元发出的负向控制信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第三电平转换芯片得到的第三驱动信号的逻辑与所述负向控制信号相同、电平与所述供电源一致为V+。
本发明的有益效果是：本发明的基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路，能够基于单电源变换得到正负驱动供电电压，该电路具有以下特点：1.驱动供电电压基于同一单电源，不需要构造负电源，通过电力电子变换得到正负驱动供电电压；2.由于不使用变压器，可降低驱动供电电路的体积。
附图说明
图1是本发明的基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路拓扑图；
图2是本发明的IGBT驱动供电电路各点的波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路，如附图1所示。所述供电电路由驱动信号经过功能模块的电力电子变换电路，实现正电压开通IGBT，负电压关断IGBT。
所述驱动信号为主控芯片发出的信号，包含正向驱动信号PWM_UP，负向关断信号PWM_DOWN，正向控制信号PWM_UPE，负向控制信号PWM_DOWNE。
所述正向驱动信号PWM_UP连接第一电平转换芯片，通过第一电平转换芯片得到可以驱动MOSFET S1的驱动信号DRV_UP。所述MOSFET S1为N沟道增强型MOSFET，其栅极连接所述驱动信号DRV_UP，漏极连接所述供电源的正极V+，源极连接驱动电阻RDRV_UP，所述驱动电阻RDRV_UP另一端连接IGBT的门极G。
所述负向关断信号PWM_DOWN连接第二电平转换芯片，通过第二电平转换芯片得到可以驱动MOSFET S2的驱动信号DRV_DOWN。所述MOSFET S2为P沟道增强型MOSFET，其栅极连接所述驱动信号DRV_DOWN，源极连接所述供电源的地，漏极连接关断电阻RDRV_DOWN，所述关断电阻RDRV_DOWN另一端连接IGBT的门极G。
所述正向控制信号PWM_UPE连接第四电平转换芯片，通过第四电平转换芯片得到可以驱动MOSFET S4的驱动信号DRV_UPE。所述MOSFET S4为P沟道增强型MOSFET，其栅极连接所述驱动信号DRV_UPE，源极连接所述供电源的地，源极连接驱动电阻RDRV_UPE，所述驱动电阻RDRV_UPE另一端连接IGBT的发射极E。
所述负向控制信号PWM_DOWNE连接第三电平转换芯片，通过第三电平转换芯片得到可以驱动MOSFET S3的驱动信号DRV_DOWNE。所述MOSFET S3为N沟道增强型MOSFET，其栅极连接所述驱动信号DRV_DOWNE，漏极连接所述供电源的正极V+，源极连接关断电阻RDRV_DOWNE，所述关断电阻RDRV_DOWNE另一端连接IGBT的发射极E。
本发明的基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路的具体工作原理如下：
各点驱动波形如图2所示。主控单元发出正向驱动信号PWM_UP，其信号电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第一电平转换芯片，转换为DRV_UP，其逻辑与PWM_UP相同，电平与所述供电源一致为V+。主控单元发出正向控制信号PWM_UPE，其信号电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第四电平转换芯片，转换为DRV_UPE，其逻辑与PWM_UPE相同，电平与所述供电源一致为V+。
主控单元发出负向驱动信号PWM_DOWN，其信号电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第二电平转换芯片，转换为DRV_DOWN，其逻辑与PWM_DOWN相同，电平与所述供电源一致为V+。主控单元发出负向控制信号PWM_DOWNE，其信号电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第三电平转换芯片，转换为DRV_ DOWNE，其逻辑与PWM_DOWNE相同，电平与所述供电源一致为V+。
开通过程：当PWM_UP为高电平且PWM_UPE为低电平时，DRV_UP为高电平，MOSFET S1导通，DRV_UPE为低电平，MOSFET S4导通，供电源V+通过MOSFETS1、驱动电阻RDRV_UP、驱动电阻RDRV_UPE、MOSFET S4施加在IGBT的门极G和发射极E两端，故G、E间电压为V+，IGBT开通。此时PWM_DOWN为高电平、PWM_DOWNE为低电平，DRV_DOWN为高电平，MOSFET S2关断，DRV_DOWNE为低电平，MOSFET S3关断。
关断过程：当PWM_DOWN为低电平且PWM_DOWNE为高电平时，DRV_DOWN为低电平，MOSFET S2导通，DRV_DOWNE为低电平，MOSFET S3导通，供电源V+通过MOSFET S3、关断电阻RDRV_DOWNE、关断电阻RDRV_DOWN、MOSFET S2施加在IGBT的门极G和发射极E两端，故G、E间电压为-V+，IGBT关断。此时PWM_UP为低电平、PWM_UPE为高电平，DRV_UP为低电平，MOSFET S1关断，DRV_UPE为低电平，MOSFET S4关断。
综上，可实现该发明构建的基于单电源供电，由驱动信号经过功能模块的电力电子变换电路，实现正电压开通IGBT，负电压关断IGBT。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于单电源的大功率IGBT驱动供电电路，其特征在于：所述电路包括主控芯片、电平转换芯片、MOSFET管；所述主控芯片发出的正向驱动信号、负向关断信号、正向控制信号和负向控制信号；所述正向驱动信号连接第一电平转换芯片，通过第一电平转换芯片得到驱动第一MOSFET管的第一驱动信号；所述第一MOSFET管的栅极连接所述第一驱动信号，漏极连接所述供电源的正极V+，源极连接第一驱动电阻，所述第一驱动电阻另一端连接IGBT的门极G；所述负向关断信号连接第二电平转换芯片，通过第二电平转换芯片得到驱动第二MOSFET管的第二驱动信号；所第二MOSFET管的栅极连接所述第二驱动信号，源极连接所述供电源的地，漏极连接第一关断电阻，所述第一关断电阻另一端连接IGBT的门极G；所述负向控制信号连接第三电平转换芯片，通过第三电平转换芯片得到驱动第三MOSFET管的第三驱动信号；所述第三MOSFET管的栅极连接所述第三驱动信号，源极连接所述供电源的正极V+，源极连接第二关断电阻，所述第二驱动电阻另一端连接IGBT的发射极E；所述正向控制信号连接第四电平转换芯片，通过第四电平转换芯片得到驱动第四MOSFET管的第四驱动信号；所述第四MOSFET管的栅极连接所述第四驱动信号，漏极连接所述供电源的地，源极连接第二驱动电阻，所述第二关断电阻的另一端连接IGBT的发射极E。
2.根据权利要求1所述的IGBT驱动供电电路，其特征在于：所述第一MOSFET管和第三MOSFET管为N沟道增强型MOSFET，所述第二MOSFET管和第四MOSFET管为P沟道增强型MOSFET。
3.一种IGBT驱动控制方法，其特征在于：所述控制方法基于如权利要求1或2所述的IGBT驱动供电电路，所述控制方法包括开通过程和关断过程，所述开通过程为：当正向驱动信号为高电平且正向控制信号为低电平时，第一驱动信号为高电平，第一MOSFET管导通，第四驱动信号为低电平，第四MOSFET管导通，供电源V+通过第一MOSFET管以及第一驱动电阻、第四MOSFET管以及第二驱动电阻施加在IGBT的门极G和发射极E两端，故G、E间电压为V+，IGBT开通；所述关断过程为：当负向关断信号为低电平且负向控制信号为高电平时，第二驱动信号为低电平，第二MOSFET管导通，第三驱动信号为低电平，第三MOSFET管导通，供电源V+通过第三MOSFET管以及第二关断电阻、第二MOSFET管以及第一关断电阻施加在IGBT的门极G和发射极E两端，故G、E间电压为-V+，IGBT关断。
4.根据权利要求3所述的IGBT驱动控制方法，其特征在于：所述开通过程中，负向关断信号为高电平、负向控制信号为低电平，第二驱动信号为高电平，第二MOSFET管关断，第三驱动信号为低电平，第三MOSFET管关断。
5.根据权利要求3所述的IGBT驱动控制方法，其特征在于：所述关断过程中，正向驱动信号为低电平、正向控制信号为高电平，第一驱动信号为低电平，第一MOSFET管关断，第四驱动信号为低电平，第四MOSFET管关断。
6.根据权利要求3所述的IGBT驱动控制方法，其特征在于：所述主控单元发出正向驱动信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第一电平转换芯片得到的第一驱动信号的逻辑与所述正向驱动信号相同、电平与所述供电源一致为V+；主控单元发出的正向控制信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第四电平转换芯片得到的第四驱动信号的逻辑与所述正向控制信号相同、电平与所述供电源一致为V+。
7.根据权利要求3所述的IGBT驱动控制方法，其特征在于：所述主控单元发出负向驱动信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第二电平转换芯片得到的第二驱动信号的逻辑与所述负向驱动信号相同、电平与所述供电源一致为V+；主控单元发出的负向控制信号的电平与主控单元I/O电平Vsig一致，经过第三电平转换芯片得到的第三驱动信号的逻辑与所述负向控制信号相同、电平与所述供电源一致为V+。
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