CN111697957A - 一种应用于绝缘栅双极型晶体管igbt的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路,所述电路包括:驱动电路包括脉冲源电路、第一功率放大电路及第二功率放大电路,其中:脉冲源电路,用于分别向第一功率放大电路和第二功率放大电路提供脉冲电压;第一功率放大电路,用于将脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;第二功率放大电路,用于在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,对脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。利用本发明提供的驱动电路可以实现对IGBT开通过程的优化控制,通过对IGBT的不同时期的状态进行优化处理,以减小其开通时间和开关损耗。
Description
技术领域
本发明涉及半导体元件的驱动电路领域,特别涉及一种应用于绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)是由绝缘栅极场效应管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)复合而成的一种器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点,是中小功率电力电子设备的主导器件,适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
为实现IGBT的各种功能,需要设计IGBT驱动电路,用来对控制电路的信号进行处理(例如隔离传输、电平调整和功率放大等),优质的IGBT驱动电路能优化IGBT开关特性,减少关断时间和损耗,提高系统效率。
常规的IGBT开关驱动电路是通过改变栅极电阻Rg的方式,控制栅极驱动电流Ig以减少关断时间和损耗,当Rg较小时,IGBT器件的开闭速度较快,但由于寄生电感的存在,在将栅极电阻Rg调小时,直流母线上会产生较大的电压过冲现象,可能损毁器件;当Rg较大时,栅极电流较小,关断时间较长,导致较大的损耗和电磁干扰。为了提高IGBT开关频率,减小开关损耗,提高电路转换效率,保证故障情况下器件的可靠关断,驱动电路的优化设计面临着巨大挑战。
现有技术对于常规IGBT驱动电路的改进方式包括以下几种:
(1)通过检测IGBT的栅极电压,判断半导体元件的工作状态,但在IGBT实际使用时并不能仅关注栅极电压,在IGBT电路中各种类型电感也会对关断时间产生影响,例如,由于寄生电感的存在,产生的尖峰电流会损毁器件;
(2)在高压输电领域,IGBT关断损耗通过在IGBT的集电极与发射极间电压Vce两端并联吸收电容减小,并使IGBT开通损耗通过使电路工作于零电压开关模式下消除;但此种方式需要设计大容量吸收电容,仅适用高压输电场景下,不适用于其他常用场景下;
(3)通过测量Vce的电压作为反馈信号传递给逻辑控制电路,利用逻辑控制电路提升关闭速度以降低关闭损耗,但IGBT开通速度并不与发射极E、集电极C两端的电压严格对应,而且实际操作中对C、E两端的电压的检测较为复杂,大都通过理论模型猜想进行仿真分析,其结果有时误差较大,并且即使确定了C、E两端的电压,仍未不能很好的解决在开通/关断过程中存在米勒平台持续阶段带来的开关耗损。
因此,需要设计一种用于提升IGBT器件开通速度的驱动电路。
发明内容
本发明提供一种应用于绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路,用于解决现有的IGBT开通时间长,开通损耗大,且现有的优化IGBT的开通时间仅关注栅极电压,而实际上各种电感的关键参数也会对IGBT开通产生重要影响的问题。
本发明第一方面提供一种应用于绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路,所述驱动电路包括脉冲源电路、第一功率放大电路及第二功率放大电路,其中:
所述脉冲源电路,用于分别向所述第一功率放大电路和所述第二功率放大电路提供脉冲电压;
所述第一功率放大电路,用于将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
所述第二功率放大电路,用于在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,对所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
可选地,所述第二功率放大电路包括:发射极杂散电感电压检测电路、辅助充电信号处理电路及辅助功率放大电路,其中:
所述发射极杂散电感电压检测电路,用于将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
所述辅助充电信号处理电路,用于将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到所述辅助功率放大电路;
所述辅助功率放大电路,用于将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
可选地,所述辅助充电信号处理电路,包括:
逻辑非门,用于将未超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为脉冲电压,将超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为零电压;
逻辑与门,用于将所述逻辑非门的输出与所述脉冲电压,经阈值电压转化为逻辑信号并进行与运算,当得到的逻辑信号为1时,向辅助功率放大电路输入脉冲电压。
可选地,所述驱动电路还包括:
等效电感检测电路,连接IGBT的发射极和集电极,用于检测IGBT中的导体等效的杂散电感LS。
可选地,所述发射极杂散电感电压检测电路对等效的电压的放大倍数,为将所述等效的电压放大到阈值电压对应的倍数。
可选地,所述辅助功率放大电路为推挽放大类型的电路。
可选地,所述驱动电路还包括阻流二极管,其中:
所述阻流二极管输入端连接辅助功率放大电路,输出端连接IGBT的栅极。
本发明第二方面提供一种提高IGBT开通速度的方法,所述方法包括:
利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
可选地,所述方法还包括:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第二阶段时,将零电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。
可选地,利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,包括:
利用发射极杂散电感电压检测电路将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
利用所述辅助充电信号处理电路,将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到辅助功率放大电路;
利用所述辅助功率放大电路,将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
本发明第三方面提供一种提高IGBT开通速度的装置,所述装置包括处理器和存储器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序,所述计算机程序用于执行时实现如下方法:
利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
可选地,所述处理器还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第二阶段时,将零电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。
可选地,所述处理器还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,包括:
利用发射极杂散电感电压检测电路将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
利用所述辅助充电信号处理电路,将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到辅助功率放大电路;
利用所述辅助功率放大电路,将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
本发明第四方面提供一种提高IGBT开通速度的装置,所述装置包括如下模块:
第一放大模块,用于利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
第二放大模块,用于利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
第一放大模块,用于利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
第二放大模块,用于利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
可选地,所述第二放大模块还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第二阶段时,将零电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。
可选地,所述第二放大模块还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,包括:
利用发射极杂散电感电压检测电路将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
利用所述辅助充电信号处理电路,将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到辅助功率放大电路;
利用所述辅助功率放大电路,将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
本发明第五方面提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第二方面提供的任一项所述提高IGBT开通速度的方法。
利用本发明提供的方法,可以实现对IGBT开通过程的优化控制,通过对IGBT的不同时期的状态进行优化处理,以减小其开通时间和开关损耗。
附图说明
图1为一种三项逆变器示意图;
图2为一种应用于绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路示意图;
图3a为一种双脉冲试验电路图;
图3b为一种双脉冲试验测试示意图;
图4为一种发射极杂散电感电压检测电路的电路图;
图5a为一种辅助充电信号处理电路的示意图;
图5b为一种辅助充电信号处理电路的电路图;
图6为一种推挽放大电路图;
图7为一个完整的IGBT的驱动电路;
图8为未加入/加入辅助回路的影响对比图;
图9为一种提高IGBT开通速度的方法步骤流程图;
图10为一种提高IGBT开通速度的装置结构图;
图11为一种提高IGBT开通速度的装置模块图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
下面结合说明书附图对申请实施例作进一步详细描述。应当理解,此处所描述的实施例仅用于说明和解释本申请,并不用于限定本申请。
为了方便理解,下面对本发明实施例中涉及的名词进行解释:
1)杂散电感(Stray Inductance),指由电路中的导体如:连接导线、元件引线、元件本体等呈现出来的等效电感,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致绝缘栅双极性晶体管(IGBT)损坏。
2)米勒效应(Miller effect)是在电子学领域的反相放大电路中,输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用,其等效到输入端的电容值会扩大1+K倍,其中K是该级放大电路电压放大倍数,具体的,MOSFET管的栅极驱动过程,可以简单的理解为驱动源对MOSFET的输入电容(主要是栅源极电容Cgs)的充放电过程;当Cgs达到门槛电压之后,MOSFET就会进入开通状态;当MOSFET开通后,Vds开始下降,Id开始上升,此时MOSFET进入饱和区;但由于米勒效应,Vgs会持续一段时间不再上升,此时Id已经达到最大,而Vds还在继续下降,直到米勒电容充满电,Vgs又上升到驱动电压的值,此时MOSFET进入电阻区,此时Vds彻底降下来,开通结束。由于米勒电容阻止了Vgs的上升,从而也就阻止了Vds的下降,这样就会使损耗的时间加长。
3)双脉冲实验,用于为了评估功率器件的动态参数,双脉冲测试通常基于半桥拓扑结构,在不同的负载条件下测试IGBT及相应二极管的特性。它适用于测试器件的特性及其控制,与逆变器批量生产前的测试效果类似。
4)寄生电感,电容器与电感器都不是理想器件,一个电容器会有一定量的串联电感(称为寄生电感)。寄生电感由电容器中的导体(特别是引线)产生。
本发明实施例提供一种三项逆变器,所述三项逆变器用于将直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电,具体采用三相桥式逆变电路将直流母线电压逆变输出为相电压为380V的三相交流电压。
如图1所示,为一种三项逆变器示意图,三相逆变器的三相逆变桥中的包括6路电力电子器件,所述电子电力器件的末端连接电动机,直流电通过PWM脉宽调制的技术把它变化成正弦交流电,中间需要使用到电力电子器件,通过正弦波的脉宽调制来控制电力电子器件的导通与截止来实现输出交流电到电动机中。一般的电力电子器件有MOSFET、IGBT、BJT等,目前大电流器件都使用IGBT,并且IGBT的开关频率也高,它是包含MOSFET和BJT的集成的一种器件,兼顾有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点,每个桥臂导电180°,即:在一个正弦周期中,每个桥臂上开关管开通半个周期;各桥臂上下开关管交替导通,且各桥臂开始导电的角度差120°,存在任一瞬间同时有三个桥臂导通,本领域技术人员对三项逆变器的具体工作原理应当知晓,其他的电路组合亦可以实现上述三项逆变器的功能,不限于上述实施例提供的结构,这里不再赘述。
IGBT作为核心器件,广泛应用于光伏并网逆变器、风电变流器、变频器和电能质量治理装置中,是实现电力电子功率变换的关键元器件,关乎变流器设备性能和可靠性的关键因素,因此对于IGBT的驱动电路的最优化设计,可使得功率器件开关性能达到最优,提高电路转化效率。
本发明实施例提供一种应用于绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路,如图2所示,为所述驱动IGBT的驱动电路的示意图,包括脉冲源电路201、第一功率放大电路202及第二功率放大电路203,其中:
IGBT的驱动信号由脉冲源电路201产生,脉冲源分成两路,其一为主驱动信号,其二为辅助驱动信号,主驱动信号用于给第一功率放大电路202提供需要放大的脉冲信号,第一功率放大电路202将放大的脉冲信号通接到IGBT模块的栅极中,辅助驱动信号用于给第二功率放大电路203提供辅助用于提升开通速度的脉冲信号。
所述脉冲源电路201,用于分别向所述第一功率放大电路和所述第二功率放大电路提供脉冲电压;
其中脉冲源电路又称脉冲发生器,用于生成PWM脉冲电压信号,PWM脉冲电压信号又通过脉冲发生器电路和计时器电路生成占空比固定脉冲信号,具体的,本实施例中可以为使用一颗NA555定时器芯片生成占空比为D、频率为f的脉冲信号M,其中f=1/T。
所述第一功率放大电路202,用于将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
其中,第一功率放大电路202中包含至少一个放大电路,用于接收脉冲源电路发送的脉冲电压,所述放大电路的放大倍数与IGBT的栅极驱动电压有关,本领域人员可以根据栅极驱动电压的大小自由设定。
在第一功率放大电路202中还包含有栅极电阻Rg,通过调整栅极电阻Rg的大小可以保护防止直流母线上产生的较大电压过冲从而损毁器件。
所述第二功率放大电路203,用于在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,对所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极中,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
具体的,当需要给IGBT开通时,第一功率放大电路向IGBT的栅极输入放大后的脉冲电压后,IGBT进入开通过程,整个分为3个阶段:第一阶段为开通延时阶段,本阶段由于IGBT的VGE<阈值电压,故集电极电流iC=0;第二阶段为VGE>阈值电压,IGBT导通,iC开始增大,由于大的集电极电流上升率diC/dt从而产生尖峰电流Irr;第三阶段为VGE=IGBT米勒电压,集电极电流iC为一恒定非零电压,IGBT完全导通。
在第一阶段与第三阶段时将脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述放大电路的放大倍数与IGBT的栅极驱动电压有关,本领域人员可以根据栅极驱动电压的大小自由设定。
作为一种可选的实施方式,所述驱动电路还包括:
等效电感检测电路,连接IGBT的发射极和集电极,用于检测IGBT中的导体等效的杂散电感LS。
因与寄生电感串联的发射极杂散电感Ls较为容易测量(Ls可以通过双脉冲试验测得),因此,只要测量出杂散电感上的压降接近0(或压降较小)时,就可以知道开通过程的IGBT此时是处于iC电流上升阶段还是iC不变阶段。再根据IGBT开通过程中所处阶段的不同,控制IGBT内部寄生电容的充放电速度,对IGBT实现软开通,缩短IGBT开通时间。
首先需要通过双脉冲试验测量得到杂散电感Ls,双脉冲试验电路如图3a所示,在IGBT开通时,集电极电流iC开始增长,而此时上管IGBT的续流二极管处于反向恢复,该二极管没有阻断能力,上管Uce=0,在iC开始增长时,杂散电感上感应的电压的方向与母线电压相反,所以此时在下管的Vce上测得的波形出现了一个缺口,如图3b中的虚线所示。这个缺口电压产生的原因是杂散电感抵消了一部分母线电压,缺口的电压是杂散电感上的感应电压,获取此时的感应电压Us,以及对应的电流上升率,就能算出杂散电感Ls的数值。
确定IGBT在接收脉冲电压且不接通负载的情况下,集电极和发射极之间的实际感应电压,计算所述实际感应电压和理论感应电压之间的差值,所述电压差值为IGBT中杂散电感LS抵消的电压;
获取IGBT的产生电压差值时集电极电流iC的上升率;
利用如下公式计算杂散电感:LS=US/(diC/dt),所述US为电压差值,所述diC/dt为集电极电流iC上升率。
作为一种可选的实施方式,所述第二功率放大电路包括:发射极杂散电感电压检测电路、辅助充电信号处理电路及辅助功率放大电路,其中:
如图4所示,为一种发射极杂散电感电压检测电路的电路图,用于将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
将IGBT的发射极接地,发射极杂散电感电压检测模块的输入端为电源负极和地电位,以获取电源负极到地电位之间的电压;
在IGBT在开通过程中处于第一、三阶段时,iC的大小基本恒定,在电源负极到地电位之间的电压大小与杂散电感和集电极电流iC上升率有关,在第一、三阶段时,电源负极到地电位之间的电压为0,输入到辅助充电信号处理电路的电压也为0,在第二阶段,iC的大小处于变化时,将输入到辅助充电信号处理电路的电压等于LS*diC/dt;
在本实施例中,采用LM3504芯片作为放大驱动芯片,Ui端作为电源负极到地电位之间的电压的输入端,Uo端作为输出端,输出到辅助充电信号处理电路中,通过调整驱动放大电路中电阻的大小来调整放大倍数;
在本实施例中,输入到发射极杂散电感电压检测模块的电压大小为0.5V左右,输出到辅助充电信号处理模块的电压为5V左右,放大倍数为10倍。
作为一种可选的实施方式,所述发射极杂散电感电压检测电路对等效的电压的放大倍数,为将所述等效的电压放大到阈值电压对应的倍数;
如图5a所示,为辅助充电信号处理电路的示意图,所述辅助充电信号处理电路,用于将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到所述辅助功率放大电路;
所述辅助充电信号处理电路,包括:
逻辑非门501,用于将未超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为脉冲电压,将超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为零电压;
逻辑与门502,用于将所述逻辑非门的输出与所述脉冲电压,经阈值电压转化为逻辑信号并进行与运算,当得到的逻辑信号为1时,向辅助功率放大电路输入脉冲电压。
如图5b所示,本实施例中,采用74LS04芯片作为逻辑非门接收发射极杂散电感电压检测模块发送的电压,当将未超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为脉冲电压,否则,将超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为零电压。
所述辅助功率放大电路,用于将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极;
如图6所示,在本实施例中,使用推挽放大电路将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
作为一种可选的实施方式,所述驱动电路中还包括阻流二极管,其中:
所述阻流二极管输入端连接辅助功率放大电路,输出端连接IGBT的栅极。
如图7所示,为一个完整的IGBT的驱动电路,包括:脉冲源电路701,第一功率放大电路702、发射极杂散电感电压检测电路703、辅助充电信号处理电路704、辅助功率放大电路705及阻流二极管706;
脉冲源电路701分成两路信号,其一为主驱动信号,其二为辅助驱动信号,主驱动回路用于给第一功率放大电路702提供需要放大的脉冲信号,第一功率放大电路702输出端通过栅极电阻Rg接到IGBT的栅极中。
另一路辅助驱动信号用于输入到辅助充电信号处理电路704中,并由辅助充电信号处理电路704接收发射极杂散电感电压检测电路703检测的电压进行逻辑运算,输入到辅助功率放大模块705中,通过一个阻流二极管706接到IGBT的栅极中。
本实施例中采用日立公司的600V/600A IGBT模块MBB600TV6A进行示例,首先利用双脉冲试验测量发射极电感Ls,在IGBT开通时,集电极电流iC开始增长,而此时上管IGBT的续流二极管处于反向恢复,该二极管没有阻断能力,上管Uce=0,在iC开始增长时,杂散电感上感应的电压的方向与母线电压相反,所以此时在下管的Vce上测得的波形出现了一个缺口,这个缺口是杂散电感上的感应电压,通过试验得到感应电压为△U=201V,电流上升率为di/dt=4156A/us,通过计算得到杂散电感为Ls=48.3nH。通过推算能设计出发射极杂散电感电压检测电路的电压放大倍数,因母线电压为380V,IGBT开通波形如图8所示,其中粗线表示无辅助回路的结果,细线表示有辅助回路的结果。td表示从UGE开始上升到iC开始增大的时间间隔,tr表示iC从最大值的10%上升到90%的时间间隔,由未加入/加入辅助驱动回路对IGBT开通速度的影响对比可看出,未加辅助回路时,延时时间td1=767ns,上升时间tr1=442ns,总开通时间为1.209μs。增加辅助回路后,延时时间td2=400ns,上升时间tr2=260ns,总开通时间为0.702μs,增加辅助回路后,总开通时间有显著的改善。
本发明实施例提供一种提高IGBT开通速度的方法,如图9所示,所述方法包括:
步骤S901,利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
步骤S902,利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
可选地,所述方法还包括:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第二阶段时,将零电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。
可选地,利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,包括:
利用发射极杂散电感电压检测电路将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
利用所述辅助充电信号处理电路,将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到辅助功率放大电路;
利用所述辅助功率放大电路,将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
本发明实施例提供一种提高IGBT开通速度的装置,如图10所示;
该装置1000可因配置或性能不同而产生比较大的差异,可以包括一个或一个以上处理器(英文全称:central processing units,英文简称:CPU)1001(例如,一个或一个以上处理器)和存储器1002,一个或一个以上存储应用程序1004或数据1006的存储介质1003(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中,存储器1002和存储介质1003可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质1003的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出),每个模块可以包括对信息处理装置中的一系列指令操作。更进一步地,处理器1001可以设置为与存储介质1003通信,在装置1000上执行存储介质1003中的一系列指令操作。
装置1000还可以包括一个或一个以上电源1009,一个或一个以上有线或无线网络接口1007,一个或一个以上输入输出接口1008,和/或,一个或一个以上操作系统1005,例如Windows Server,Mac OS X,Unix,Linux,FreeBSD等。
所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序,所述计算机程序用于执行时实现如下方法:
利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
可选地,所述处理器还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第二阶段时,将零电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。
可选地,所述处理器还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,包括:
利用发射极杂散电感电压检测电路将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
利用所述辅助充电信号处理电路,将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到辅助功率放大电路;
利用所述辅助功率放大电路,将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
本发明实施例提供一种提高IGBT开通速度的装置,包括如下模块:
第一放大模块1101,用于利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
第二放大模块1102,用于利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
可选地,所述第二放大模块1102还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第二阶段时,将零电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。
可选地,所述第二放大模块1102还用于:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,包括:
利用发射极杂散电感电压检测电路将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
利用所述辅助充电信号处理电路,将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到辅助功率放大电路;
利用所述辅助功率放大电路,将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现上述实施例提供的任一项所述提高IGBT开通速度的方法。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种应用于绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路,其特征在于,所述驱动电路包括脉冲源电路、第一功率放大电路及第二功率放大电路,其中:
所述脉冲源电路,用于分别向所述第一功率放大电路和所述第二功率放大电路提供脉冲电压;
所述第一功率放大电路,用于将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
所述第二功率放大电路,用于在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,对所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
2.根据权利要求1所述的驱动电路,其特征在于,所述第二功率放大电路包括:发射极杂散电感电压检测电路、辅助充电信号处理电路及辅助功率放大电路,其中:
所述发射极杂散电感电压检测电路,用于将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
所述辅助充电信号处理电路,用于将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到所述辅助功率放大电路;
所述辅助功率放大电路,用于将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
3.根据权利要求2所述的驱动电路,其特征在于,所述辅助充电信号处理电路,包括:
逻辑非门,用于将未超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为脉冲电压,将超过逻辑非门阈值电压的输入电压,输出为零电压;
逻辑与门,用于将所述逻辑非门的输出与所述脉冲电压,经阈值电压转化为逻辑信号并进行与运算,当得到的逻辑信号为1时,向辅助功率放大电路输入脉冲电压。
4.根据权利要求1所述的驱动电路,其特征在于,还包括:
等效电感检测电路,连接IGBT的发射极和集电极,用于检测IGBT中的导体等效的杂散电感LS。
5.根据权利要求2所述的驱动电路,其特征在于,
所述发射极杂散电感电压检测电路对等效的电压的放大倍数,为将所述等效的电压放大到阈值电压对应的倍数。
6.根据权利要求2所述的驱动电路,其特征在于,所述辅助功率放大电路为推挽放大类型的电路。
7.根据权利要求1所述的驱动电路,其特征在于,还包括阻流二极管,其中:
所述阻流二极管输入端连接辅助功率放大电路,输出端连接IGBT的栅极。
8.一种提高IGBT开通速度的方法,其特征在于,所述方法包括:
利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第二阶段时,将零电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,包括:
利用发射极杂散电感电压检测电路将所述集电极电流与IGBT的杂散电感LS等效的电压放大,将放大后的电压输入到辅助充电信号处理电路;
利用所述辅助充电信号处理电路,将所述放大后的电压逻辑非运算后,与所述脉冲电压进行逻辑与运算,并将得到的电压输入到辅助功率放大电路;
利用所述辅助功率放大电路,将所述脉冲电压进行第二倍数放大,并输入到所述IGBT的栅极。
11.一种提高IGBT开通速度的装置,其特征在于,所述装置包括处理器和存储器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序,所述计算机程序用于执行时实现如权利要求8~10任一项所述提高IGBT开通速度的方法。
12.一种提高IGBT开通速度的装置,其特征在于,所述装置包括如下模块:
第一放大模块,用于利用第一功率放大电路将所述脉冲电压放大第一倍数后输入到IGBT的栅极;
第二放大模块,用于利用第二功率放大电路在IGBT的集电极电流处于第一阶段和第三阶段时,将所述脉冲电压放大第二倍数后输入到IGBT的栅极,所述第一阶段为所述集电极电流为零的IGBT开通阶段,所述第三阶段为所述集电极电流为恒定非零电压的IGBT导通阶段。
13.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求8~10任一项所述提高IGBT开通速度的方法。
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