CN112994420A - 一种igbt驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种IGBT驱动电路，属于电机控制器技术领域；现有的IGBT驱动电路的芯片都是采用进口芯片，在关键时候容易受制于人；本发明提供了一种一种IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路接受外部控制板的控制信号和电源，用于驱动IGBT，其特征在于：所述IGBT驱动电路包括隔离电源、IGBT驱动及IGBT保护电路；所述隔离电源从外部控制板接受直流电压，然后向所述IGBT驱动及IGBT保护电路提供电源，所述IGBT驱动及IGBT保护电路用于驱动IGBT；所述隔离电源的芯片为PWM调制芯片CW1845；所述GBT驱动及IGBT保护电路的芯片为HW344；上述专门设计的IGBT驱动电路实现了全国产化。

Description

一种IGBT驱动电路

技术领域

本发明涉及电机控制器技术领域，特别是涉及一种IGBT驱动电路及驱动方法。

背景技术

电动汽车电机控制器利用IGBT(绝缘栅型双极性晶体管)或其他功率器件将动力电池的固定幅值直流电转换为电压可变、频率可调的交流电，以驱动车载电机，从而驱动电动汽车。IGBT作为电机控制器能量传递与转换器件，是电机控制器主要的组成部分。IGBT驱动作为低压与高压的接口，不仅为IGBT提供驱动信号，保证IGBT正常工作，同时在线监测IGBT工作状态，对其进行实时保护，因此，IGBT驱动设计在整个电机控制器设计中十分重要。

目前IGBT国产化驱动大体有两种方案：一是直接采用国内专业驱动板供应商提供的驱动板，开发周期小，应用成熟，但成本较高，而且在具体应用时不能优化更改，此方案驱动板虽然由国内厂商提供，但其核心器件仍然采用进口芯片；另一种方案是电机控制器厂家根据芯片厂商提供的专业IGBT驱动芯片，在此芯片基础上进行驱动开发。此方案中部分分立器件由国内生产厂家提供，然而，主要的驱动芯片仍采用进口器件。

现有的国产化驱动方案，无论哪种方案，其核心器件仍然是进口芯片，驱动并非完全国产。无法应用至军工等有保密和自主可控要求的产品当中。

现亟需一种采用国产芯片的IGBT驱动电路。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明一种IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路接受外部控制板的控制信号和电源，用于驱动IGBT，其特征在于：所述IGBT驱动电路包括隔离电源、IGBT驱动及IGBT保护电路；所述隔离电源从外部控制板接受直流电压，然后向所述IGBT驱动及IGBT保护电路提供电源；

所述隔离电源的芯片为PWM调制芯片CW1845；所述GBT驱动及IGBT保护电路的芯片为HW344。

优选地，所述隔离电源包括PWM调制芯片、场效应晶体管、变压器、第一整流电路、第二整流电路以及误差放大电路；

所述PWM调制芯片发出脉冲信号，控制所述场效应晶体管的导通与关断；在所述场效应晶体管开通时，所述变压器原边储存能量，在所述场效应晶体管关断时，所述变压器副边绕组释放能量，所述变压器的原边与副边均为脉冲电压，

所述变压器的输入为外部控制板提供的直流电压，向所述IGBT驱动及IGBT保护电路所述输出分别经过所述第一整流电路一路为正电压、经过所述第二整流电路一路为负电压；

所述误差放大电路对所述负电压进行采样，并将误差反馈至所述PWM调制芯片，所述PWM调制芯片根据反馈输出PWM信号，进行脉宽调制；

所述所述PWM调制芯片为CW1845。

优选地，所述IGBT驱动及IGBT保护电路包括驱动芯片、放大电路、监测电路以及保护电路；

所述驱动芯片接受所述外部控制板的控制信号，所述放大电路对所述控制信号进行放大，用于驱动IGBT；

所述监测电路对所述IGBT进行监测，并将监测信息反馈给所述驱动芯片；所述保护电路根据所述监测信息实施保护措施。

优选地，所述驱动芯片通过所述监测电路监测所述IGBT的门极电压，若在所述驱动芯片未出发驱动脉冲信号，即所述IGBT本应该处于关段状态，而监测到所述门极电压却高于某一个值，所述保护电路的米勒钳位端口则将所述门极电压下拉到所述IGBT开通阈值电压以下。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

1、本发明是根据能够国产的芯片HW344以及芯片CW1845，在此基础上专门设计的IGBT驱动电路，该IGBT驱动电路的所有器件均为国产；

2、本发明部分器件满足军用标准，因此，该IGBT驱动电路生产采购自主可控，不易受国际贸易局势影响，并且符合特殊行业需求，可直接用于军工产品。

附图说明

图1是本发明IGBT驱动电路结构框图；

图2是本发明隔离电源结构框图；

图3是本发明IGBT驱动及保护电路结构框图；

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施例

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，是本发明的IGBT驱动结构，虚线框内为IGBT驱动，IGBT驱动连接在控制电路与IGBT之间，控制电路主要做信息采集与处理，发出驱动信号，驱动对驱动信号进行隔离、放大驱动IGBT的开通与关断，并实时监测IGBT工作状态，对IGBT进行保护与故障反馈：

整个IGBT驱动布置在一张电路板上，主要组成包括隔离电源、IGBT驱动电路及IGBT保护电路。主要功能为：接受来自控制板的驱动信号、电源，并对信号进行隔离、放大以驱动IGBT，并对IGBT状态进行监测，在IGBT超出安全工作区时，封锁驱动脉冲信号，并将故障状态反馈至主板。

如图2所示，是本发明IGBT驱动电路的隔离电源的结构图；

隔离电源输入为控制板提供的直流电压VCC1，输出为两路电压，一路为正电压VCC2，一路为负电压VEE2.，输出为IGBT的正常开通、关断提供工作电源。输入参考地位GND，输出参考地为ISO_GND。

隔离电源采用单端反激拓扑，变压器对输入输出进行隔离、调压。

PWM(脉宽调制)调制芯片发出脉冲信号，控制MOSFET(场效应晶体管)的导通与关断，在MOSFET开通时，变压器原边储存能量，在MOSFET关断是，变压器副边绕组释放能量，变压器的原边与副边均为脉冲电压，整流电路将脉冲信号整流成稳定直流电压，为IGBT驱动电路提供电源。

变压器副边绕组采用中心抽头方式吗，得到两组电压，一组正电压VCC2，一组副电压VEE2。

误差放大电路原理为对输出VEE2进行采样，并将误差反馈至CW1845，CW1845根据反馈输出PWM信号，进行脉宽调制，以此改变MOSFET导通占空比，从而控制输出电压VEE2,而VEE2与VCC2遵循匝比原则，从而VCC2也受到控制。CW1845在输入电压VCC1变化或者输出负载导致VEE2变化时，对MOSFET占空比进行调制，从而保证VEE2能稳定在设计值。

PWM调制芯片作为隔离电源核心器件，采用国产芯片CW1845，满足军用标准，工作温度达到150℃。隔离电源电路其他器件也为完全国产器件，方案较多，这里不做说明。

如图3所示，是本发明本发明IGBT驱动及保护电路结构框图；

IGBT驱动电路与保护电路核心器件是国产驱动芯片HW344，满足汽车标准，工作温度达到150℃。本方案驱动及保护功能均在该芯片上开发。

驱动芯片HW344接收来自控制电路的驱动信号，并在芯片内部用磁隔离方式将输入与输出隔离，隔离电压达到3500V。HW344在将驱动信号隔离后同时对电平进行放大，放大至IGBT驱动所需电平。但HW344输出的电平信号驱动能力为2A，对额定电流较大的IGBT来说，电流能力却不够，因此，本方案在HW344输出的脉冲信号后增加推挽电路，推挽电路对2A的电流进行放大，放大后的电流达到10A以上，可满足几百安额定电流甚至上千安额定电流的IGBT驱动需求。推挽电路可由三极管或者MOSFET实现。

驱动芯片HW344同时提供IGBT开通时集-射极电压(Vce)监测，IGBT在导通时为饱和状态，Vce处于一个比较低的值，若IGBT在导通时有短路情况出现，则IGBT退出饱和状态，Vce为一个比较高的值。在监测到Vce超过某一个值后，驱动芯片HW344立即停止输出，封锁脉冲信号。利用对Vce的监测，即可对电机控制器内IGBT直通、相间短路等故障进行监测，在监测到前述故障时，IGBT主动关段，电机控制器停止输出，使IGBT避免受到损害。

驱动芯片HW344提供的米勒钳位端口可方便硬件设计弥勒钳位电路。米勒钳位为IGBT寄生导通一种保护机制。在HW344未发驱动脉冲时，因为寄生参数的影响，可能导致IGBT误导通，误导通则可能导致IGBT损坏的严重后果。因此，必须对此进行监测与限制。原理则是HW344通过外部的电路监测IGBT门极电压，若在HW344未出发驱动脉冲信号，即IGBT本应该处于关段状态，而监测到门极电压却高于某一个值，HW344米勒钳位端口则将门极下拉到IGBT开通阈值电压以下，因此IGBT将不会开通，而保持有效关段。

本发明是根据能够国产的芯片HW344以及芯片CW1845，在此基础上专门设计的IGBT驱动电路，该IGBT驱动电路的所有器件均为国产，部分器件满足军用标准，因此，该IGBT驱动电路生产采购自主可控，不易受国际贸易局势影响，并且符合特殊行业需求，可直接用于军工产品。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (4)

1.一种IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路接受外部控制板的控制信号和电源，用于驱动IGBT，其特征在于：所述IGBT驱动电路包括隔离电源、IGBT驱动及IGBT保护电路；所述隔离电源从外部控制板接受直流电压，然后向所述IGBT驱动及IGBT保护电路提供电源，所述IGBT驱动及IGBT保护电路用于驱动IGBT；

所述隔离电源的芯片为PWM调制芯片CW1845；所述GBT驱动及IGBT保护电路的芯片为HW344。

2.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于：所述隔离电源包括PWM调制芯片、场效应晶体管、变压器、第一整流电路、第二整流电路以及误差放大电路；

所述PWM调制芯片发出脉冲信号，控制所述场效应晶体管的导通与关断；在所述场效应晶体管开通时，所述变压器原边储存能量，在所述场效应晶体管关断时，所述变压器副边绕组释放能量，所述变压器的原边与副边均为脉冲电压，

所述变压器的输入为外部控制板提供的直流电压，向所述IGBT驱动及IGBT保护电路所述输出分别经过所述第一整流电路一路为正电压、经过所述第二整流电路一路为负电压；

所述误差放大电路对所述负电压进行采样，并将误差反馈至所述PWM调制芯片，所述PWM调制芯片根据反馈输出PWM信号，进行脉宽调制；

所述所述PWM调制芯片为CW1845。

3.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于：所述IGBT驱动及IGBT保护电路包括驱动芯片、放大电路、监测电路以及保护电路；

所述驱动芯片接受所述外部控制板的控制信号，所述放大电路对所述控制信号进行放大，用于驱动IGBT；

所述监测电路对所述IGBT进行监测，并将监测信息反馈给所述驱动芯片；所述保护电路根据所述监测信息实施保护措施。

4.根据权利要求3所述的IGBT驱动电路，其特征在于：所述驱动芯片通过所述监测电路监测所述IGBT的门极电压，若在所述驱动芯片未出发驱动脉冲信号，即所述IGBT本应该处于关段状态，而监测到所述门极电压却高于某一个值，所述保护电路的米勒钳位端口则将所述门极电压下拉到所述IGBT开通阈值电压以下。

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