CN113904531A - 功率模块驱动电路及空调 - Google Patents

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    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Abstract

本发明公开了一种功率模块驱动电路及空调，包括开关驱动电路、给所述开关驱动电路供电的电源电路，所述开关驱动电路包括至少一个由开关管串联形成的桥臂，还包括连接于所述开关驱动电路与所述电源电路之间的容错电路，所述容错电路泄放所述开关管产生的米勒电流。与现有技术相比，本发明通过容错电路泄放米勒电流，避免了开关驱动电路中同一桥臂直通，功率模块炸毁的问题。

Description

功率模块驱动电路及空调
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，特别是一种功率模块驱动电路及空调。
背景技术
目前智能功率模块(IPM)在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用，其内部开关管通常为IGBT。当使用高性能的 IGBT 驱动电路工作时，能够减少开关延时，降低开关损耗，以获得良好的开通和关断性能，对变频器的可靠运行起到关键作用。当IGBT 开关时，由于逆变桥桥臂寄生电容，即米勒电容。在较高的电压变化率
Figure DEST_PATH_IMAGE001
下产生感应电流，经由电阻形成电压尖峰，可能导致IGBT误开通，逆变桥臂直通，智能功率模块（IPM）炸毁。
有学者提出采用双极性电源来驱动IGBT，通过负压来可靠关断 IGBT。也有学者提出采用IGBT、MOSFET开关管组合电路解决米勒平台问题。然而以上两种方案电路复杂，涉及到开关时序控制，而且成本很高。
因此，如何设计一种能够抑制米勒平台的功率模块驱动电路及空调是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中，因米勒电容导致桥臂直通的问题，本发明提出了一种功率模块驱动电路及空调。
本发明的技术方案为，提出了一种功率模块驱动电路，包括开关驱动电路、给所述开关驱动电路供电的电源电路，所述开关驱动电路包括至少一个由开关管串联形成的桥臂，还包括连接于所述开关驱动电路与所述电源电路之间的容错电路，所述容错电路泄放所述开关管产生的米勒电流。
进一步，所述开关驱动电路包括串联连接的IGBT Q1和IGBT Q2，所述容错电路包括与所述IGBT Q1门极连接的第一容错电路、以及与所述IGBT Q2门级连接的第二容错电路，当所述IGBT Q1导通时，所述第二容错电路泄放所述IGBT Q2产生的米勒电流；当所述IGBT Q2导通时，所述第一容错电路泄放所述IGBT Q1产生的米勒电流。
进一步，所述电源电路包括驱动芯片IC1、驱动芯片IC2、以及单极性电源U，所述单极性电源U分别连接到所述驱动芯片IC1的电源引脚VCC1和驱动芯片IC2的电源引脚VCC2，所述驱动芯片IC1的输出引脚OUT1串联一驱动电阻RG1和第一容错电路至所述IGBT Q1的门级，所述驱动芯片IC2的输出引脚OUT2串联一驱动电阻RG2和第二容错电路至所述IGBT Q2的门级，所述驱动芯片IC1的地脚GND1和驱动芯片IC2的地脚GND2接地。
进一步，还包括与所述驱动芯片IC1连接的自举电路，所述自举电路包括二极管D1、电容C1、稳压管Z1，所述单极性电源U串联一限流电阻Rlim后连接到二极管D1的正极，所述二极管D1的负极串联电容C1后连接到IGBT Q2的集电极，所述稳压管Z1并联于所述电容C1两端，所述驱动芯片IC1的电源引脚VCC1和地脚GND1分别连接到电容C1两端。
进一步，当所述IGBT Q2导通时，所述单极性电源U依次通过限流电阻Rlin、二极管D1、IGBT Q2给电容C1充电；当IGBT Q1导通时，IGBT Q1的门级通过所述电容C1供电，稳压管Z1钳位电容C1两端电压。
进一步，所述第一容错电路包括二极管D2、三极管T1、电阻RB1、电阻RE1，所述二极管D2的正极串联驱动电阻RG1后连接到驱动芯片IC1的输出引脚OUT1、负极连接到所述IGBTQ1的门级，所述电阻RE1一端连接在驱动电阻RG1与二极管D2的正极之间、另一端接地，所述三极管T1的发射极连接在所述二极管D2的负极与IGBT Q1的门级之间、基极串联电阻RB1后连接到所述电阻RE1、集电极接地。
进一步，所述第二容错电路包括二极管D3、三极管T2、电阻RE2、电阻RB2，所述二极管D3的正极串联驱动电阻RG2后连接到驱动芯片IC2的输出引脚OUT2、负极连接到所述IGBTQ2的门级，所述电阻RE2一端连接到驱动电阻RG2与二极管D3的正极之间、另一端接地，所述三极管T2的发射极连接到所述二极管D3的负极与IGBT Q2的门级之间、基极串联电阻RB2后连接到所述电阻RE2、集电极接地。
进一步，当所述IGBT Q2导通时，所述IGBT Q1的集电极与门级之间产生米勒电流Icg1，所述米勒电流Icg1流经三极管T1的发射极，并通过三极管T1的基极和集电极至地。
进一步，当所述IGBT Q1导通时，所述IGBT Q2的集电极与门级之间产生米勒电流Icg2，所述米勒电流Icg2流经三极管T2的发射极，并通过三极管T2的基极和集电极至地。
本发明还提出了一种空调，所述空调包括设于内部的变频器，所述变频器采用上述功率模块驱动电路。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1、通过容错电路的设置，使其能够泄放米勒电流，进而避免了IGBT驱动电路中桥臂的直通，提高了变频器的运行可靠性。
2、本发明通过电阻、二极管、三极管等低成本器件抑制米勒平台，无需使用电感、电容和功率MOSFET管等高成本器件，降低了使用成本。
3、本发明的通用性强，开关管使用处均可进行整改，解决了开关元器件寄生参数引起的米勒平台问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为功率模块驱动电路的示意图；
图2为米勒平台在功率模块驱动电路上的连接示意图；
图3为功率模块驱动电路泄放米勒电流的工作示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
IGBT驱动电路由于良好的开通和关断性能，对变频器的可靠运行起到了关键作用。但由于米勒电容的存在，使得在IGBT开关时，当电压变化率较高时，产生的米勒电流会经驱动电阻形成电压尖峰，误开通IGBT，使得桥臂直通，甚至炸毁智能功率模块。为解决上述问题，本发明的思路在于，提出一种能够抑制米勒平台的功率模块驱动电路，其包括有与IGBT连接的容错电路，使IGBT开关产生米勒电流时，能够通过容错电路泄放出去，进而避免IGBT误导通的问题。
具体的，本发明提出的功率模块驱动电路包括有开关驱动电路、给开关驱动电路供电的电源电路，以及连接于开关驱动电路与电源电路之间的容错电路，其中，开关驱动电路包括至少一个由开关管串联形成的桥臂，容错电路分别与组成上桥的开关管和组成下桥的开关管连接，用于在米勒电流产生时，泄放开关管上的米勒电流，从而避免两个开关管同时导通，使得桥臂直通的问题。
请参见图1，开关驱动电路包括有IGBT Q1和IGBT Q2，且IGBT Q1和IGBT Q2串联连接，容错电路包括第一容错电路和第二容错电路，第一容错电路与IGBT Q1连接，用于在IGBT Q2导通时泄放IGBT Q1产生的米勒电流，第二容错电路与IGBT Q2连接，用于在IGBTQ1导通时泄放IGBT Q2产生的米勒电流。在IGBT Q1和IGBT Q2处还分别反并联了一个二极管，以达到续流的目的。
请参见图2，IGBT Q1自身存在寄生电容Ccg1和Cge1、IGBT Q2自身存在集成电容Ccg2和Cge2，当IGBT Q1导通时，下桥的IGBT Q2会产生一个瞬间的电压变化dVce2/dt，该电压变化会在寄生电容Ccg2上形成一个电流，并流经驱动电阻RG2，再通过驱动芯片IC2中的内阻RDRV2接地，从而使得下桥IGBT Q2的门级产生一个感应电压，当该感应电压大于IGBT Q2的门级驱动电压时，下桥IGBT Q2就会误导通，进而使得上桥IGBT Q1和下桥IGBT Q2同时导通，炸毁功率模块。本发明通过第二容错电路的设置，其连接在IGBT Q2的门级，使其能够泄放寄生电容Ccg2上的感应电流，从而避免IGBT Q2门级感应电压的产生，避免同一桥臂直通的问题。同理，当下桥IGBT Q2导通时，上桥IGBT Q1的寄生电容Ccg1上也会形成一个感应电流，其能够通过第一容错电路将该感应电流泄放出去，进而避免上桥IGBT Q1误导通。
进一步的，本发明中电源采用单极性电源供电，较双极性电源电路省去了负压供电，降低电路成本。具体的，电源电路包括有驱动芯片IC1、驱动芯片IC2、以及单极性电源U，其中，单极性电源U分别连接到驱动芯片IC1的电源引脚VCC1和驱动芯片IC2的电源引脚VCC2进行供电，驱动芯片IC1的输出引脚OUT1串联驱动电阻RG1和第一容错电路后连接到上桥IGBT Q1的门级、地脚GND1接地，驱动芯片IC2的输出引脚OUT2串联驱动电阻RG2和第二容错电路后连接到下桥IGBT Q2的门级、地脚GND2接地（图中芯片High Drive IC为驱动芯片IC1，Low Drive IC为驱动芯片IC2）。
进一步的，为解决上桥IGBT Q1和下桥IGBT Q2工作时发射极电压等级不同的问题，上桥的驱动芯片IC1供电使用自举电路。其自举电路包括有二极管D1、电容C1和稳压管Z1，单极性电源U串联一限流电阻Rlim后连接到二极管D1的正极，二极管D1的负极串联电容C1后连接到IGBT Q2的集电极，稳压管Z1并联再电容C1的两端，同时驱动芯片IC1的电源引脚VCC1和地脚GND1也连接到电容C1的两端。
进而使得下桥IGBT Q2导通时，单极性电源U能够通过限流电阻Rlim、二极管D1和IGBT Q2给电容C1进行充电；而当IGBT Q1导通时，IGBT Q1的
门级通过电容C1供电，其供电电压可以高于电源电压，解决了上、下桥臂IGBT工作时发射极电压不同的问题。其中，电容C1为自举电容，其能够将电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高，高于电源电压，解决上下桥臂两个IGBT之间发射极电压等级不同的问题；电阻Rlim为限流电阻，当下桥IGBT Q2导通，并给自举电容充电时，电阻Rlim能够限制自举电容的充电电流值，起到过电流保护作用；稳压管Z1用于电压钳位，其能够将自举电容C1两端的电压钳位在自身的击穿电压附近，防止自举电容C1过电压损坏。
请参见图1及图2，第二容错电路包括二极管D3、三极管T2、电阻RE2、电阻RB2、其中二极管D3的正极串联驱动电阻RG2后连接到驱动芯片IC2的输出引脚OUT2、负极连接到IGBTQ2的门级，电阻RE2一端连接到驱动电阻RG2与二极管D3的正极之间、另一端接地，三极管T2的发射极连接到二极管D3的负极与IGBT Q2的门级之间、基极串联电阻RB2后连接到电阻RE2、集电极接地。
请参见图3，当上桥IGBT Q1导通时，下桥IGBT Q2会产生瞬间的电压变化dVce2/dt，其会在米勒电容Ccg2处形成一个感应电流，该电流的大小为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其电流的大小与电压的变化率、以及米勒电容Ccg2的大小相关（本文中所说的米勒电流即米勒电容产生的感应电流），米勒电流流经驱动电阻RG2后、驱动芯片IC2的内阻RDRV2时，在IGBT Q2门极产生的电压为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
当该电压高于IGBT Q2门级的驱动电压时，便会误导通。其中，第二容错电路中的二极管D3连接在IGBT Q2的门级与驱动电阻RG2之间，且负极朝向IGBT Q2的门级，由于二极管反向截止的特性，米勒电流将无法通过二极管D3流经驱动电阻，其会通过第二容错电路中三极管T2的发射极向下流出，此时由于米勒效应，三极管T2发射极处的电位略有升高，三极管T2的基极、发射极之间形成短路，为米勒电流提供了一个通道，将其泄放出去，有效地防止了米勒电流产生地电压尖峰，解决了因米勒效应引起地IGBT Q2误导通地问题。
请参见图1及图2，第一容错电路包括二极管D2、三极管T1、电阻RB1、电阻RE1，二极管D2地正极串联驱动电阻RG1后连接到驱动芯片IC1地输出引脚OUT1、负极连接到IGBT Q1的门级，电阻RE1一端连接在驱动电阻RG1与二极管D2的正极之间、另一端接地，三极管T1的发射极连接在二极管D2的负极与IGBT Q1的门级之间、基极串联电阻RB1后连接到电阻RE1、集电极接地。
其工作原理与第二容错电路相同，当下桥IGBT Q2导通时，上桥IGBT Q1会产生一个瞬间的电压变化dVce1/dt，使其在米勒电容Ccg1处产生一个感应电流。二极管D2的负极连接到IGBT Q1的门级，由于二极管反向截止的特性，导致米勒电流Icg1无法流经驱动电阻RG1，其会通过三极管T1泄放出去，其通过三极管T1的基极和集电极至地，有效地防止了米勒电流产生地电压尖峰，避免了IGBT Q1误导通的问题（图1至图3中三相输出的U相为地）。
本发明还提出了一种空调，所述空调包括设于其内部的变频器，所述变频器采用上述功率模块驱动电路。
与现有技术相比，本发明不仅通过容错电路的设置，避免了因米勒效应导致桥臂直通的问题，电路组成通过成本低廉的电阻、二极管、三极管、单极性电源等构成，替代了电感、电容和功率MOSFET的使用，降低了成本。同时本发明利用二极管反向截止和三极管导通特性，工作可靠性高，且通用性强，开关管使用处均可进行整改，其开关管的适用器件有IGBT、MOSFET等。
上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.功率模块驱动电路，包括开关驱动电路、给所述开关驱动电路供电的电源电路，所述开关驱动电路包括至少一个由开关管串联形成的桥臂，其特征在于，还包括连接于所述开关驱动电路与所述电源电路之间的容错电路，所述容错电路泄放所述开关管产生的米勒电流。
2.根据权利要求1所述的功率模块驱动电路，其特征在于，所述开关驱动电路包括串联连接的IGBT Q1和IGBT Q2，所述容错电路包括与所述IGBT Q1门极连接的第一容错电路、以及与所述IGBT Q2门级连接的第二容错电路，当所述IGBT Q1导通时，所述第二容错电路泄放所述IGBT Q2产生的米勒电流；当所述IGBT Q2导通时，所述第一容错电路泄放所述IGBTQ1产生的米勒电流。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述电源电路包括驱动芯片IC1、驱动芯片IC2、以及单极性电源U，所述单极性电源U分别连接到所述驱动芯片IC1的电源引脚VCC1和驱动芯片IC2的电源引脚VCC2，所述驱动芯片IC1的输出引脚OUT1串联一驱动电阻RG1和第一容错电路至所述IGBT Q1的门级，所述驱动芯片IC2的输出引脚OUT2串联一驱动电阻RG2和第二容错电路至所述IGBT Q2的门级，所述驱动芯片IC1的地脚GND1和驱动芯片IC2的地脚GND2接地。
4.根据权利要求3所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，还包括与所述驱动芯片IC1连接的自举电路，所述自举电路包括二极管D1、电容C1、稳压管Z1，所述单极性电源U串联一限流电阻Rlim后连接到二极管D1的正极，所述二极管D1的负极串联电容C1后连接到IGBT Q2的集电极，所述稳压管Z1并联于所述电容C1两端，所述驱动芯片IC1的电源引脚VCC1和地脚GND1分别连接到电容C1两端。
5.根据权利要求4所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，当所述IGBT Q2导通时，所述单极性电源U依次通过限流电阻Rlin、二极管D1、IGBT Q2给电容C1充电；当IGBT Q1导通时，IGBT Q1的门级通过所述电容C1供电，稳压管Z1钳位电容C1两端电压。
6.根据权利要求3所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一容错电路包括二极管D2、三极管T1、电阻RB1、电阻RE1，所述二极管D2的正极串联驱动电阻RG1后连接到驱动芯片IC1的输出引脚OUT1、负极连接到所述IGBT Q1的门级，所述电阻RE1一端连接在驱动电阻RG1与二极管D2的正极之间、另一端接地，所述三极管T1的发射极连接在所述二极管D2的负极与IGBT Q1的门级之间、基极串联电阻RB1后连接到所述电阻RE1、集电极接地。
7.根据权利要求3所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第二容错电路包括二极管D3、三极管T2、电阻RE2、电阻RB2，所述二极管D3的正极串联驱动电阻RG2后连接到驱动芯片IC2的输出引脚OUT2、负极连接到所述IGBT Q2的门级，所述电阻RE2一端连接到驱动电阻RG2与二极管D3的正极之间、另一端接地，所述三极管T2的发射极连接到所述二极管D3的负极与IGBT Q2的门级之间、基极串联电阻RB2后连接到所述电阻RE2、集电极接地。
8.根据权利要求6所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，当所述IGBT Q2导通时，所述IGBT Q1的集电极与门级之间产生米勒电流Icg1，所述米勒电流Icg1流经三极管T1的发射极，并通过三极管T1的基极和集电极至地。
9.根据权利要求7所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，当所述IGBT Q1导通时，所述IGBT Q2的集电极与门级之间产生米勒电流Icg2，所述米勒电流Icg2流经三极管T2的发射极，并通过三极管T2的基极和集电极至地。
10.空调，包括设于空调内部的变频器，其特征在于，所述变频器采用如权利要求1至9任意一项权利要求所述的功率模块驱动电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115065350A (zh) * 2022-08-16 2022-09-16 深圳芯能半导体技术有限公司 一种集成门极米勒钳位功能的igbt芯片及其制备方法

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