CN114142833A - Igbt驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种IGBT驱动电路，包括：绝缘栅双极型晶体管、软导通模块和软关断模块。软导通模块与绝缘栅双极型晶体管的门极连接，软导通模块包括第一场效应管和至少2个晶体管导通电路；第一场效应管用于接收第一脉冲宽度调制信号，第一脉冲宽度调制信号用于驱动第一场效应管以及至少2个晶体管导通电路依次导通；软关断模块与绝缘栅双极型晶体管的门极连接，软关断模块包括第二场效应管和至少2个晶体管关断电路；第二场效应管用于接收第二脉冲宽度调制信号，第二脉冲宽度调制信号用于驱动第二场效应管导通以及至少2个晶体管关断电路依次导通。本申请的IGBT驱动电路可以提高IGBT的使用可靠性。

Description

IGBT驱动电路

技术领域

本申请涉及电力电子技术，尤其涉及一种IGBT驱动电路。

背景技术

大功率绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)因为具有电压型驱动、驱动简单、开关频率高、饱和压降低、可耐高电压大电流和高可靠性等特点，被广泛应用于轨道交通、电力领域、新能源等各个传统和新兴的领域。在IGBT的运行中，IGBT的门极驱动电路对于IGBT的可靠运行至关重要，该门极驱动电路用于控制IGBT的导通和关断。

现有技术中IGBT的门极驱动电路一般是采用三极管和单一的门极驱动电阻串联作为门极驱动电路，在控制IGBT的导通和关断时，不能兼顾IGBT的开关损耗、电流尖峰、电压尖峰，容易导致IGBT的开关损耗过大，或者导通和关断过程中产生的电流尖峰和电压尖峰过大导致IGBT损坏。

综上，现有技术中IGBT的门极驱动电路容易给IGBT的运行带来安全隐患，致使IGBT的使用可靠性降低的问题。

发明内容

本申请提供一种IGBT驱动电路，用以解决现有技术中IGBT的门极驱动电路容易给IGBT的运行带来安全隐患，致使IGBT的使用可靠性降低的问题。

一方面，本发明提供一种IGBT驱动电路，包括：

绝缘栅双极型晶体管；

软导通模块，与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接，所述软导通模块包括第一场效应管和至少2个晶体管导通电路，所述至少2个晶体管导通电路与所述第一场效应管连接；所述第一场效应管用于接收第一脉冲宽度调制信号，所述第一脉冲宽度调制信号用于驱动所述第一场效应管导通，以基于所述至少2个晶体管导通电路导通所述绝缘栅双极型晶体管；所述至少2个晶体管导通电路包括至少2个不同的晶体管导通电路；

软关断模块，与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接，所述软关断模块包括第二场效应管和至少2个晶体管关断电路，所述至少2个晶体管关断电路与所述第二场效应管连接；所述第二场效应管用于接收第二脉冲宽度调制信号，所述第二脉冲宽度调制信号用于驱动所述第二场效应管导通，以基于所述至少2个晶体管关断电路导通所述绝缘栅双极晶体管；所述至少2个晶体管关断电路包括至少2个不同的晶体管关断电路。

其中一项实施例中，所述至少2个晶体管导通电路包括第一晶体管导通电路、第二晶体管导通电路和第三晶体管导通电路，其中，

所述第二晶体管导通电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的第一端与所述第一场效应管的漏极连接，所述电阻R1的第二端与所述电阻R2的第一端连接，所述电阻R2的第二端用于和正极电源连接；

所述第一晶体管导通电路的第一端与所述电阻R1的第二端连接，且与所述电阻R2的第一端连接；所述第一晶体管导通电路的第二端用于和所述正极电源连接；

所述第三晶体管导通电路的第一端与所述第一场效应管的漏极连接，所述第三晶体管导通电路的第二端用于和所述正极电源连接；

所述第一场效应管导通以驱动所述第一晶体管导通电路运行；

所述第一晶体管导通电路运行以驱动所述第二晶体管导通电路运行；

所述第二晶体管导通电路运行以驱动所述第三晶体管导通电路运行。

其中一项实施例中，所述软导通模块还包括：

软导通反馈单元，包括第一比较器，所述第一比较器的负极输入端与所述第一场效应管的源极连接，所述第一比较器的正极输入端的电压为固定值；所述第一比较器的输出端与所述第三晶体管导通电路的输入端连接，所述第一比较器用于驱动所述第三晶体管导通电路导通并运行。

其中一项实施例中，所述第三晶体管导通电路包括：

第三场效应管，所述第三场效应管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第三场效应管的源极与所述电阻R2的第一端连接，且与所述第一场效应管的漏极连接；

电阻R3，所述电阻R3的第一端与所述第三场效应管的漏极连接，所述电阻R3的第二端用于和所述正极电源连接。

其中一项实施例中，所述至少2个晶体管关断电路包括第一晶体管关断电路、第二晶体管关断电路和第三晶体管关断电路，其中，

所述第二晶体管关断电路包括电阻R4和电阻R5，所述电阻R4的第一端与所述第二场效应管的源极连接，所述电阻R4的第二端与所述电阻R5的第一端连接，所述电阻R5的第二端用于和负极电源连接；

所述第一晶体管关断电路的第一端与所述电阻R4的第二端连接，且与所述电阻R5的第一端连接；所述第一晶体管关断电路的第二端用于和所述负极电源连接；

所述第三晶体管关断电路的第一端与所述第二场效应管的源极连接，所述第三晶体管关断电路的第二端用于和所述负极电源连接；

所述第二场效应管导通以驱动所述第一晶体管关断电路运行；

所述第一晶体管关断电路运行以驱动所述第二晶体管关断电路运行；

所述第二晶体管关断电路运行以驱动所述第三晶体管关断电路运行。

其中一项实施例中，所述软关断模块还包括：

软关断反馈单元，包括第二比较器，所述第二比较器的负极输入端与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二比较器的正极输入端的电压为固定值；所述第二比较器的输出端与所述第三晶体管关断电路的输入端连接，所述第二比较器用于驱动所述第三晶体管关断电路导通并运行。

其中一项实施例中，所述第三晶体管关断电路包括：

第四场效应管，所述第四场效应管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第三场效应管的漏极与所述电阻R4的第一端连接，且与所述第二场效应管的漏极连接；

电阻R6，所述电阻R6的第一端与所述第四场效应管的源极连接，所述电阻R6的第二端用于和所述负极电源连接。

其中一项实施例中，还包括门极钳位电路，所述门极钳位电路包括：

第一钳位二极管，所述第一钳位二极管的正极与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述第一钳位二极管的负极用于和正极电源连接；

第二钳位二极管，所述第二钳位二极管的负极与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述第二钳位二极管的正极用于和负极电源连接。

其中一项实施例中，还包括门极吸收电路，所述门极吸收电路包括：

电容，所述电容的一端与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述电容的另一端接地。

其中一项实施例中，所述门极吸收电路还包括：

电阻R7，所述电阻R7的一端与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述电阻R7的另一端接地。

本申请提供的IGBT驱动电路，包括绝缘栅双极型晶体管、软导通模块和软关断模块。其中，该软导通模块包括第一场效应管和至少2个晶体管导通电路，该软关断模块包括第二场效应管和至少2个晶体管关断电路。在进行该绝缘栅双极型晶体管的导通过程中，该第一脉冲宽度调制信号驱动该第一场效应管导通，再基于该至少2个晶体管导通电路进行该绝缘栅双极型晶体管的导通，由于该至少2个晶体管导通电路包括至少2个不同的晶体管导通电路，可以使该绝缘栅双极型晶体管的导通进程呈现不同的速度。同样的，该软关断模块包括第一场效应管和至少2个晶体管关断电路，该软关断模块包括第二场效应管和至少2个晶体管关断电路。在进行该绝缘栅双极型晶体管的关断过程中，该第一脉冲宽度调制信号驱动该第一场效应管导通，再基于该至少2个晶体管关断电路进行该绝缘栅双极型晶体管的关断，由于该至少2个晶体管关断电路包括至少2个不同的晶体管关断电路，可以使该绝缘栅双极型晶体管的关断进程呈现不同的速度。而在绝缘栅双极型晶体管的导通和关断过程中，各自呈现的包含不同速度的导通进程和包含不同速度的关断过程更契合绝缘栅双极型晶体管的开关特性，进而可兼顾绝缘栅双极型晶体管在导通和关断过程中开关损耗、电流尖峰和电压尖峰等特性。因此，本申请提供的IGBT驱动电路相比于传统的IGBT门极驱动电路，可以减少IGBT在运行中的安全隐患，提高IGBT的使用可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请的一个实施例提供的IGBT驱动电路的示意图。

图2为本申请的另一个实施例提供的IGBT驱动电路的示意图。

图3为本申请的又一个实施例提供的IGBT驱动电路的示意图。

附图标记说明

绝缘栅双极型晶体管100

软导通模块200

第一场效应管210

至少2个晶体管导通电路220

第一晶体管导通电路221

第二晶体管导通电路222

第三晶体管导通电路223

第三场效应管2231

软导通反馈单元230

第一比较器231

软关断模块300

第二场效应管310

至少2个晶体管关断电路320

第一晶体管关断电路321

第二晶体管关断电路322

第三晶体管关断电路323

第四场效应管3231

软关断反馈单元330

第二比较器331

门极钳位电路400

第一钳位二极管410

第二钳位二极管420

门极吸收电路500

电容510

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

首先对本申请所涉及的名词进行解释：

绝缘栅双极型晶体管：Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT，IGBT是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗和电力晶体管驱动的低导通压降两方面的优点。

大功率IGBT指的是IGBT工作时所能承受的电压和电流等级比较高的IGBT，一般可承受的电流在几百安培。因为具有电压型驱动、驱动简单、开关频率高、饱和压降低、可耐高电压大电流和高可靠性等特点被广泛应用于轨道交通、电力领域、新能源等各个传统和新兴的领域。在IGBT的运行中，需要对IGBT的门极进行驱动，此时就需要用到门极驱动电路进行IGBT的门极驱动，以控制IGBT的导通和关断，门极驱动电路对于IGBT的可靠运行至关重要。

现有技术中的门极驱动电路一般是采用三极管和单一的门极驱动电阻串联作为门极驱动电路，在控制IGBT的导通和关断时不能根据IGBT开关过程动态的调节开关速度。如果选用较小的门极电阻时，开关速度快，开关损耗小，但IGBT的电流变化率和电压变化率大，从而产生的电流峰值和电压峰值增大，IGBT承受的电磁应力较大，易使IGBT超出安全工作区而损坏。如果选用较大的门极电阻时，开关速度慢，IGBT的电流变化率和电压变化率小，从而产生的电流峰值和电压峰值小，但是开关过程时间长，开关损耗大，发热严重，影响IGBT的使用寿命。综上可知，现有技术中的IGBT门极驱动电路不能兼顾IGBT的开关损耗、电流尖峰、电压尖峰，从而导致IGBT的使用可靠性降低。

基于此，本申请提供一种IGBT驱动电路，将IGBT的导通过程和关断过程转换为分阶段性的导通过程和关断过程，使IGBT的导通过程和关断过程更符合IGBT的特性，既能减少IGBT在导通过程和关断过程中的开关损耗，又能防止IGBT导通和关断过程中产生过大的电流尖峰和电压尖峰损坏IGBT。

请参见图1，本申请提供一种IGBT驱动电路10，包括绝缘栅双极型晶体管100，软导通模块200和软开通模块300。该绝缘栅双极型晶体管100也可以称为IGBT，为了表述统一，下文均以绝缘栅双极型晶体管表示IGBT。

该绝缘栅双极型晶体管100包括门极、集电极和发射极，该软导通模块200和该软开通模块300均与该绝缘栅双极型晶体管100的门极连接，该软导通模块200用于驱动该绝缘栅双极型晶体管100导通，该软关断模块300用于驱动该绝缘栅双极型晶体管100关断。

该软导通模块200与该绝缘栅双极型晶体管100的门极连接，该软导通模块200包括第一场效应管210和至少2个晶体管导通电路220，该第一场效应管210与该至少2个晶体管导通电路220依次连接。该第一场效应管210用于接收第一脉冲宽度调制信号，该第一脉冲宽度调制信号用于驱动该第一场效应管210以及该至少2个晶体管导通电路220依次导通。该至少2个晶体管导通电路220包括至少2个不同的晶体管导通电路。该依次连接指的是该至少2个晶体管导通电路220中的每个晶体管导通电路都与该第一场效应管210连接，多个晶体管导通电路依次与该第一场效应管210连接。

在一个可选的实施例中，该至少2个晶体管导通电路220与该第一场效应管210依次连接，在该第一场效应管210接收到该第一脉冲宽度调制信号后，该至少2个晶体管导通电路220中的至少2个不同的晶体管导通电路是依次导通的，但是该依次导通并不是按照该至少2个晶体管导通电路220中的晶体管导通电路与该第一场效应管210的连接顺序导通，而是按照晶体管导通电路自身的运行导通关联关系导通的。例如，该至少2个晶体管导通电路220包括3个不同的晶体管导通电路，按照与该第一场效应管210依次连接的顺序可分为1号导通电路，2号导通电路和3号导通电路。该运行导通关联关系为：该第一脉冲宽度调制信号导通该第一场效应管210后，该1号导通电路随即开始运行，该1号导通电路运行后可以驱动该3号导通电路开始运行，该3号导通电路运行后可以驱动该2号运行以导通该绝缘栅双极型晶体管100。在该举例中，该软导通模块200在接收到该第一脉冲宽度调制信号后的运行顺序依次为第一场效应管210、1号导通电路、3号导通电路、2号导通电路。此时该绝缘栅双极型晶体管100的导通过程是经过了3个晶体管导通电路才可以导通，即先是经过1号导通电路，再经过3号导通电路，再经过2号导通电路才可以导通该绝缘栅双极型晶体管100。即，该绝缘栅双极型晶体管100的导通不是一次导通的，而是通过3个晶体管导通电路进行缓冲，分阶段地导通的，这样在该绝缘栅双极型晶体管100的导通过程中就避免了缓慢导通导致的该绝缘栅双极型晶体管100的开通损耗大，或者快速导通产生电流尖峰和电压尖峰过大而损坏该绝缘栅双极型晶体管100的问题。同样的，在一个可选的实施例中，该软导通模块200包括该至少2个晶体管导通电路220，该至少2个晶体管导通电路包括至少2个不同的晶体管导通电路，该至少2个不同的晶体管导通电路存在该运行导通关联关系，至少2个不同的晶体管导通电路依次导通，以减少该绝缘栅双极型晶体管100的开关损耗，避免在该绝缘栅双极型晶体管100导通过程中出现过大的电流尖峰和电压尖峰损坏该绝缘栅双极型晶体管100。

在另一个可选的实施例中，该至少2个晶体管导通电路220与该第一场效应管210依次连接，在该第一场效应管210接收到该第一脉冲宽度调制信号后，该至少2个晶体管导通电路220中的至少2个不同的晶体管导通电路是依次导通的，该依次导通是按照该至少2个晶体管导通电路220中的晶体管导通电路与该第一场效应管210的连接顺序导通，此时该至少2个晶体管导通电路220中的晶体管导通电路之间存在的运行导通关联关系是与该连接顺序一致的。

该软关断模块300与该绝缘栅双极型晶体管100的门极连接，该软关断模块300包括第二场效应管310和至少2个晶体管关断电路320，该第二场效应管310与该至少2个晶体管关断电路320依次连接。该第二场效应管310用于接收第二脉冲宽度调制信号，该第二脉冲宽度调制信号用于驱动该第二场效应管310以及该至少2个晶体管关断电路320依次关断。该至少2个晶体管关断电路320包括至少2个不同的晶体管关断电路。该依次连接指的是该至少2个晶体管关断电路320中的每个晶体管关断电路都与该第二场效应管310连接，多个晶体管关断电路依次与该第二场效应管310连接。

在一个可选的实施例中，该至少2个晶体管关断电路320与该第二场效应管310依次连接，在该第二场效应管310接收到该第二脉冲宽度调制信号后，该至少2个晶体管关断电路320中的至少2个不同的晶体管关断电路是依次关断的，但是该依次关断并不是按照该至少2个晶体管关断电路320中的晶体管关断电路与该第一场效应管的连接顺序关断，而是按照晶体管关断电路自身的运行关断关联关系关断的。例如，该至少2个晶体管关断电路320包括3个不同的晶体管关断电路，按照与该第二场效应管310依次连接的顺序可分为1号关断电路，2号关断电路和3号关断电路。该运行关断关联关系为：该第二脉冲宽度调制信号关断该第二场效应管310后，该1号关断电路随即开始运行，该1号关断电路运行后可以关断该3号关断电路开始运行，该3号关断电路运行后可以关断该2号运行以关断该绝缘栅双极型晶体管100。在该举例中，该软关断模块300在接收到该第二脉冲宽度调制信号后的关断顺序为第二场效应管310、1号关断电路、3号关断电路、2号关断电路。此时该绝缘栅双极型晶体管100的关断过程是经过了3个晶体管关断电路才可以关断，即先是经过1号关断电路，再经过3号关断电路，再经过2号关断电路才可以关断该绝缘栅双极型晶体管100。即，该绝缘栅双极型晶体管100的关断不是一次关断的，而是通过3个晶体管关断电路进行缓冲，分阶段地关断的，这样在该绝缘栅双极型晶体管100的关断过程中就避免了缓慢关断导致的IGBT的关断损耗大，或者快速导通产生过大的电流尖峰和电压尖峰损坏IGBT的问题。同样的，在一个可选的实施例中，该软关断模块300包括该至少2个晶体管关断电路320，该至少2个晶体管关断电路包括至少2个不同的晶体管关断电路，该至少2个不同的晶体管关断电路存在该运行关断关联关系，至少2个不同的晶体管关断电路依次关断。

在另一个可选的实施例中，该至少2个晶体管关断电路320与该第二场效应管310依次连接，在该第二场效应管310接收到该第二脉冲宽度调制信号后，该至少2个晶体管关断电路320中的至少2个不同的晶体管关断电路是依次关断的，该依次关断是按照该至少2个晶体管关断电路320中的晶体管关断电路与该第二场效应管310的连接顺序关断，此时该至少2个晶体管关断电路320中的晶体管关断电路之间存在的运行关断关联关系是与该连接顺序一致的。

在一个可选的实施例中，该第一脉冲宽度调制信号为低电平，该第二脉冲宽度调制信号与该第一脉冲宽度调制信号相反，该第二脉冲宽度调制信号为高电平。即，低电平驱动该软导通模块200运行，以导通该绝缘栅双极型晶体管100。高电平驱动该软关断模块300运行，以关断该绝缘栅双极型晶体管100。

本实施例提供的IGBT驱动电路10包括该绝缘栅双极型晶体管100、该软导通电路200和该软关断电路300。其中，该软导通模块200包括该第一场效应管210和该至少2个晶体管导通电路220，该软关断模块300包括该第二场效应管310和该至少2个晶体管关断电路320。在进行该绝缘栅双极型晶体管100的导通过程中，该第一脉冲宽度调制信号驱动该第一场效应管210导通，再基于该至少2个晶体管导通电路220依次运行实现该绝缘栅双极型晶体管100的导通，由于该至少2个晶体管导通电路220包括至少2个不同的晶体管导通电路，可以使该绝缘栅双极型晶体管100的导通进程呈现分阶段缓冲导通的效果，而不是立刻导通该绝缘栅双极型晶体管100。同样的，该软关断模块300包括第一场效应管310和至少2个晶体管关断电路320，在进行该绝缘栅双极型晶体管100的关断过程中，该第二脉冲宽度调制信号驱动该第二场效应管310导通，再基于该至少2个晶体管关断电路320依次进行该绝缘栅双极型晶体管100的关断，由于该至少2个晶体管关断电路320包括至少2个不同的晶体管关断电路，可以使该绝缘栅双极型晶体管100的关断进程呈现分阶段缓冲关断的效果，而不是立刻关断该绝缘栅双极型晶体管100。在该绝缘栅双极型晶体管100的导通和关断过程中，该软导通模块200和该软关断模块300各自呈现的包含不同进程速度的导通过程和包含不同进程速度的关断过程更契合绝缘栅双极型晶体管的开关特性，进而减小绝缘栅双极型晶体管在导通和关断过程中存在的开关损耗大，易产生过大的电流尖峰和电压尖峰损坏绝缘栅双极型晶体管的缺点，减少IGBT在运行中的安全隐患，提高IGBT的使用可靠性。

请一并参见图2，在本申请的一个实施例中，该至少2个晶体管导通电路220包括第一晶体管导通电路221、第二晶体管导通电路222和第三晶体管导通电路223。

其中，该第二晶体管导通电路222包括电阻R1和电阻R2，该电阻R1的第一端与该第一场效应管210的漏极连接，该电阻R1的第二端与该电阻R2的第一端连接，该电阻R2的第二端用于和正极电源连接。该第一晶体管导通电路221的第一端与该电阻R1的第二端连接，且与该电阻R2的第一端连接。该第一晶体管导通电路221的第二端用于和该正极电源连接。该第三晶体管导通电路223的第一端与该第一场效应管210的漏极连接，该第三晶体管导通电路223的第二端用于和该正极电源连接。该第一场效应管210导通以驱动该第一晶体管导通电路221运行。该第一晶体管导通电路221运行以驱动该第二晶体管导通电路222运行，该第二晶体管导通电路222运行以驱动该第三晶体管导通电路223运行。

在一个可选的实施例中，该第一晶体管导通电路221可以为电容器，该第一脉冲宽度调制信号导通该第一场效应管220后，该电容器先充满电，再断开，该电容器断开后，该第二晶体管导通电路222运行。此时从该第一场效应管220输出的电流依次经过该电阻R2和该电阻R1，该第一场效应管220的源极从低电平变换为高电平的过程中，驱动该第三晶体管导通电路223运行。

请一并参见图3，在本申请的一个实施例中，该软导通模块200还包括软导通反馈单元230，该软导通反馈单元230包括第一比较器231，该第一比较器231的负极输入端与该第一场效应管210的源极连接，该第一比较器231的正极输入端的电压为固定值。该第一比较器231的输出端与该第三晶体管导通电路223的输入端连接，该第一比较器231用于驱动该第三晶体管导通电路223导通并运行。此时该第二晶体管导通电路222和该第三晶体管导通电路223均处于运行状态，从该第一场效应管210的漏极输出的电流经过该第二晶体管导通电路222和该第三晶体管导通电路223。

该第一脉冲宽度调制信号为低电平，在导通该第一场效应管210以后，该第一场效应管210的源极从低电平转换为高电平的过程中，导致该第一比较器231的负极输入端的电压不断增大，直到该第一比较器231的负极输入端的电压大于该第一比较器231的正极输入端的电压，该第一比较器231的正负极翻转，进而该第一比较器231输出的信号也发生翻转。在一个实施例中，该第三晶体管导通电路223包括一个场效应管，该场效应管的栅极与该第一比较器231的输出端连接，该场效应管的源极与该电阻R2的第一端连接，且与该第一场效应管210的漏极连接。该第一比较器231的输出信号发生翻转后，该第一场效应管210导通，进而实现该绝缘栅双极型晶体管100的导通。该第一比较器231的正极输入端的电压值需要根据实际需求设定，以使该第一比较器231可以在该第一场效应管210的源极从低电平转换为高电平的过程中发生正负极翻转。

在本申请的一个实施例中，该第三晶体管导通电路223包括第三场效应管2231和电阻R3。该第三场效应管2231的栅极与该第一比较器231的输出端连接，该第三场效应管2231的源极与该电阻R2的第一端连接，且与该第一场效应管2231的漏极连接。该电阻R3的第一端与该第三场效应管2231的漏极连接，该电阻R3的第二端用于和该正极电源连接。该第一比较器231发生正负极翻转后可以使该第三场效应管2231导通。

综上，在一个可选的实施例中，该第一晶体管导通电路221为电容器，该第二晶体管导通电路222包括电阻R1和电阻R2，该第三晶体管导通电路223包括该第三场效应管2231和该电阻R3，该第一脉冲宽度调制信号为低电平。该第一脉冲宽度调制信号输入至该IGBT驱动电路10时，导通该第一场效应管210，进而该第一晶体管导通电路221，即该电容器充满电后又断开，此时实现了该绝缘栅双极型晶体管100导通过程中的第一个阶段，即加速阶段，该第一晶体管导通电路221的导通进程比较快。该第一晶体管导通电路221运行过后，该第二晶体管导通电路222开始运行，此时进入了该绝缘栅双极型晶体管100导通过程中的第二个阶段，该第二个阶段的导通速度小于该第一个阶段的导通速度。该第二晶体管导通电路222开始运行后，该软导通反馈单元230中的该第一比较器231发生正负极翻转，进而导通该第三晶体管导通电路223中的第三场效应管2231，使该第三晶体管导通电路223开始运行，此时该第二晶体管导通电路222和该第三晶体管导通电路223都处于运行状态，从该第一场效应管210的漏极输出的电流同时通过该第二晶体管导通电路222和该第三晶体管导通电路223，该绝缘栅双极型晶体管100的导通过程进入第三个阶段。该第三个阶段的导通速度大于该第二个阶段的导通速度。因此，该软导通模块300将该绝缘栅双极型晶体管100的导通进程转换成了分阶段的3个进程，即绝缘栅双极型晶体管100需要依次经过该第一个阶段、该第二个阶段和该第三个阶段才可以实现导通。相比于现有技术中的IGBT的门极驱动电路的采用单一电阻导通IGBT的效果，以上实施例提供的该软导通模块300可以实现该绝缘栅双极型晶体管100的分阶段导通，使该绝缘栅双极型晶体管100的导通过程更符合该绝缘栅双极型晶体管100的开关特性，从而减少该绝缘栅双极型晶体管100在导通过程中的开通损耗，防止该绝缘栅双极型晶体管100导通过程中产生过大的电流尖峰和电压尖峰损坏该绝缘栅双极型晶体管100。

在本申请的一个实施例中，该至少2个晶体管关断电路320包括第一晶体管关断电路321、第二晶体管关断电路322和第三晶体管关断电路323。

其中，该第二晶体管关断电路322包括电阻R4和电阻R5，该电阻R4的第一端与该第二场效应管310的源极连接，该电阻R4的第二端与该电阻R5的第一端连接，该电阻R5的第二端用于和负极电源连接。该第一晶体管关断电路321的第一端与该电阻R4的第二端连接，且与该电阻R5的第一端连接。该第一晶体管关断电路321的第二端用于和该负极电源连接。该第三晶体管关断电路323的第一端与该第二场效应管310的源极连接，该第三晶体管关断电路323的第二端用于和该负极电源连接。该第二场效应管310导通以驱动该第一晶体管关断电路321运行。该第一晶体管关断电路321运行以驱动该第二晶体管关断电路322运行。该第二晶体管关断电路322运行以驱动该第三晶体管关断电路323运行。

在一个可选的实施例中，该第一晶体管关断电路321可以为电容器，该第二脉冲宽度调制信号关断该第二场效应管320后，该电容器先充满电，再断开，该电容器断开后，该第二晶体管关断电路322运行。此时从该第二场效应管320输出的电流依次经过该电阻R5和该电阻R4，该第二场效应管320的源极从高电平变换为低电平的过程中，驱动该第三晶体管关断电路323运行。

在本申请的一个实施例中，该软关断模块200还包括软关断反馈单元330，该软关断反馈单元330包括第二比较器331，该第二比较器331的负极输入端与该第二场效应管310的源极连接，该第二比较器331的正极输入端的电压为固定值。该第二比较器331的输出端与该第三晶体管关断电路323的输入端连接，该第二比较器331用于驱动该第三晶体管关断电路323关断并运行。此时该第二晶体管关断电路322和该第三晶体管关断电路323均处于运行状态，从该第二场效应管310的漏极输出的电流经过该第二晶体管关断电路322和该第三晶体管关断电路323。

该第二脉冲宽度调制信号为高电平，在关断该第二场效应管310以后，该第二场效应管310的源极从高电平转换为低电平的过程中，导致该第二比较器331的负极输入端的电压不断增大，直到该第二比较器331的负极输入端的电压大于该第二比较器331的正极输入端的电压，该第二比较器331的正负极翻转，进而该第二比较器331输出的信号也发生翻转。在一个实施例中，该第三晶体管关断电路223包括一个场效应管，该场效应管的栅极与该第二比较器331的输出端连接，该场效应管的源极与该电阻R5的第二端连接，且与该第二场效应管310的漏极连接。该第二比较器331的输出信号发生翻转后，该场效应管关断，进而实现该绝缘栅双极型晶体管100的关断。

在本申请的一个实施例中，该第三晶体管关断电路323包括第四场效应管3231和电阻R6。该第四场效应管3231的栅极与该第二比较器331的输出端连接，该第四场效应管3231的源极与该电阻R5的第一端连接，且与该第四场效应管3231的漏极连接。该电阻R6的第一端与该第四场效应管3231的漏极连接，该电阻R6的第二端用于和该正极电源连接。该第二比较器331发生正负极翻转后可以使该第四场效应管3231关断。

综上，在一个可选的实施例中，该第一晶体管关断电路321为电容器，该第二晶体管关断电路322包括电阻R4和电阻R5，该第三晶体管关断电路323包括该第四场效应管3231和该电阻R6，该第二脉冲宽度调制信号为高电平。该第二脉冲宽度调制信号输入至该IGBT驱动电路10时，导通该第三场效应管310，进而该第一晶体管关断电路321，即该电容器充满电后又断开，此时实现了该绝缘栅双极型晶体管100关断过程中的第一个阶段，即加速阶段，该第一晶体管关断电路321的关断进程比较快。该第一晶体管关断电路321运行过后，该第二晶体管关断电路322开始运行，此时进入了该绝缘栅双极型晶体管100关断过程中的第二个阶段，该第二个阶段的关断速度小于该第一个阶段的关断速度。该第二晶体管关断电路322开始运行后，该软关断反馈单元330中的该第二比较器331发生正负极翻转，进而关断该第三晶体管关断电路323中的第四场效应管3231，使该第三晶体管关断电路323开始运行，此时该第二晶体管关断电路322和该第三晶体管关断电路323都处于运行状态，从该第三场效应管310的漏极输出的电流同时通过该第二晶体管关断电路322和该第三晶体管关断电路323，该绝缘栅双极型晶体管100的关断过程进入第三个阶段。该第三个阶段的关断速度大于该第二个阶段的关断速度。因此，该软关断模块300将该绝缘栅双极型晶体管100的关断进程转换成了分阶段的3个进程，即绝缘栅双极型晶体管100需要依次经过该第一个阶段、该第二个阶段和该第三个阶段才可以实现关断。相比于现有技术中的IGBT的门极驱动电路的采用单一电阻关断IGBT的效果，以上实施例提供的该软关断模块300可以实现该绝缘栅双极型晶体管100的分阶段关断，使该绝缘栅双极型晶体管100的关断过程更符合该绝缘栅双极型晶体管100的开关特性，从而减少该绝缘栅双极型晶体管100在关断过程中的关断损耗，防止该绝缘栅双极型晶体管100关断过程中产生过大的电流尖峰和电压尖峰损坏该绝缘栅双极型晶体管100。

在本申请的一个实施例中，该IGBT驱动电路10还包括门极钳位电路400，该门极钳位电路400包括第一钳位二极管410和第二钳位二极管420。

该第一钳位二极管410的正极与该第一场效应管210的源极连接，且与该第二场效应管310的漏极连接，且与该绝缘栅双极型晶体管100的门极连接；该第一钳位二极管410的负极用于和正极电源连接。该第二钳位二极管420的负极与该第一场效应管210的源极连接，且与该第二场效应管310的漏极连接，且与该绝缘栅双极型晶体管100的门极连接。该第二钳位二极管420的正极用于和负极电源连接。

该门极钳位电路400可以有效将门极电压钳位在固定范围内，具体的，当该第一场效应管210的源极的电压值高于该正极电源的电压值，即图3中所示的+VCC时，该第一钳位二极管410导通，使该第一场效应管210的源极的电压值恢复至+VCC，即该绝缘栅双极型晶体管的门极的电压值恢复至+VCC。当该第二场效应管310的漏极的电压值低于该负极电源的电压值，即图3中所示的-VCC时，该第二钳位二极管420导通，使该第二场效应管310的漏极的电压值恢复至+VCC，即该绝缘栅双极型晶体管的门极的电压值恢复至+VCC。

在本申请的一个实施例中，该IGBT驱动电路10还包括门极吸收电路500，该门极吸收电路500包括电容510。该门极吸收电路510可减小由于该IGBT驱动电路中的电路和该IGBT驱动电路中的各种器件引起的门极电压振荡。在一个实施例中，该门极吸收电路500还包括电阻R7，该电阻R7的一端与该第一场效应管210的源极连接，且与该第二场效应管310的漏极连接，且与该绝缘栅双极型晶体管100的门极连接。该电阻R7的另一端接地。

综上，以上实施例提供的该绝缘栅双极型晶体管100、该软导通模块200、该软关断模块300、该门极钳位电路400和该门极吸收电路500中所包含的器件的规格和型号均可以根据实际需要选择。

如图3所示，在一个可选的实施例中，为该第一比较器231的正极输入端提供固定电压值的装置包括电阻R8、正极供电电源、负极供电电源和稳压二极管DZ1，该电阻R8的第一端与该正极供电电源连接，该电阻R8的第二端与该稳压二极管DZ1的负极连接，该稳压二极管DZ1的负极与该负极供电电源连接。该第一比较器231的正极输入端与该电阻R8的第二端连接，且与该稳压二极管DZ1的负极连接。在一个可选的实施例中，为该第二比较器331的正极输入端提供固定电压值的装置包括电阻R9、正极供电电源、负极供电电源和稳压二极管DZ2，该电阻R9的第一端与该正极供电电源连接，该电阻R9的第二端与该稳压二极管DZ2的负极连接，该稳压二极管DZ2的负极与该负极供电电源连接。该第二比较器331的正极输入端与该电阻R9的第二端连接，且与该稳压二极管DZ2的负极连接。该负极供电电源可以为以上实施例提到的该负极电源。

在本申请的一个实施例中，该IGBT驱动电路10还包括反向器U，该反向器U可以将输入的脉冲宽度调制信号转换为相反的信号，例如该脉冲宽度调制信号为低电平，则经过该反向器U的转换后可以成为高电平。在本申请中，该反向器U的输入端用于接收脉冲宽度调制信号，该反向器U的输出端与该第一场效应管210的门极连接，且与该第二场效应管310的门极连接。此时，该第一脉冲宽度调制信号为高电平，该第二脉冲宽度调制信号为低电平。该反向器U的设置可以使输入该IGBT驱动电路的脉冲宽度调制信号更符合工作人员的认知，即在工作人员的认知中，高电平对应IGBT导通，低电平对应IGBT关断。

本申请提供的该IGBT驱动电路10与现有技术中的IGBT门极驱动电路相比，通过设计纯硬件搭建实现IGBT的多级导通和关断，无需控制芯片进行控制，该IGBT驱动电路10的设计成本低，适用性高，可以减小IGBT开关过程中的电流、电压冲击，减小电磁干扰，降低IGBT的开关损耗，有效提高IGBT的可靠性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种IGBT驱动电路，其特征在于，包括：

绝缘栅双极型晶体管；

软导通模块，与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接，所述软导通模块包括第一场效应管和至少2个晶体管导通电路，所述第一场效应管与所述至少2个晶体管导通电路依次连接；所述第一场效应管用于接收第一脉冲宽度调制信号，所述第一脉冲宽度调制信号用于驱动所述第一场效应管以及所述至少2个晶体管导通电路依次导通；所述至少2个晶体管导通电路包括至少2个不同的晶体管导通电路；

软关断模块，与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接，所述软关断模块包括第二场效应管和至少2个晶体管关断电路，所述第二场效应管与所述至少2个晶体管关断电路依次连接；所述第二场效应管用于接收第二脉冲宽度调制信号，所述第二脉冲宽度调制信号用于驱动所述第二场效应管导通以及所述至少2个晶体管关断电路依次导通；所述至少2个晶体管关断电路包括至少2个不同的晶体管关断电路。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述至少2个晶体管导通电路包括第一晶体管导通电路、第二晶体管导通电路和第三晶体管导通电路，其中，

所述第二晶体管导通电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的第一端与所述第一场效应管的漏极连接，所述电阻R1的第二端与所述电阻R2的第一端连接，所述电阻R2的第二端用于和正极电源连接；

所述第一晶体管导通电路的第一端与所述电阻R1的第二端连接，且与所述电阻R2的第一端连接；所述第一晶体管导通电路的第二端用于和所述正极电源连接；

所述第三晶体管导通电路的第一端与所述第一场效应管的漏极连接，所述第三晶体管导通电路的第二端用于和所述正极电源连接；

所述第一场效应管导通以驱动所述第一晶体管导通电路运行；

所述第一晶体管导通电路运行以驱动所述第二晶体管导通电路运行；

所述第二晶体管导通电路运行以驱动所述第三晶体管导通电路运行。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述软导通模块还包括：

软导通反馈单元，包括第一比较器，所述第一比较器的负极输入端与所述第一场效应管的源极连接，所述第一比较器的正极输入端的电压为固定值；所述第一比较器的输出端与所述第三晶体管导通电路的输入端连接，所述第一比较器用于驱动所述第三晶体管导通电路导通并运行。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第三晶体管导通电路包括：

第三场效应管，所述第三场效应管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第三场效应管的源极与所述电阻R2的第一端连接，且与所述第一场效应管的漏极连接；

电阻R3，所述电阻R3的第一端与所述第三场效应管的漏极连接，所述电阻R3的第二端用于和所述正极电源连接。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述至少2个晶体管关断电路包括第一晶体管关断电路、第二晶体管关断电路和第三晶体管关断电路，其中，

所述第二晶体管关断电路包括电阻R4和电阻R5，所述电阻R4的第一端与所述第二场效应管的源极连接，所述电阻R4的第二端与所述电阻R5的第一端连接，所述电阻R5的第二端用于和负极电源连接；

所述第一晶体管关断电路的第一端与所述电阻R4的第二端连接，且与所述电阻R5的第一端连接；所述第一晶体管关断电路的第二端用于和所述负极电源连接；

所述第三晶体管关断电路的第一端与所述第二场效应管的源极连接，所述第三晶体管关断电路的第二端用于和所述负极电源连接；

所述第二场效应管导通以驱动所述第一晶体管关断电路运行；

所述第一晶体管关断电路运行以驱动所述第二晶体管关断电路运行；

所述第二晶体管关断电路运行以驱动所述第三晶体管关断电路运行。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述软关断模块还包括：

软关断反馈单元，包括第二比较器，所述第二比较器的负极输入端与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二比较器的正极输入端的电压为固定值；所述第二比较器的输出端与所述第三晶体管关断电路的输入端连接，所述第二比较器用于驱动所述第三晶体管关断电路导通并运行。

7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第三晶体管关断电路包括：

第四场效应管，所述第四场效应管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第三场效应管的漏极与所述电阻R4的第一端连接，且与所述第二场效应管的漏极连接；

电阻R6，所述电阻R6的第一端与所述第四场效应管的源极连接，所述电阻R6的第二端用于和所述负极电源连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电路，其特征在于，还包括门极钳位电路，所述门极钳位电路包括：

第一钳位二极管，所述第一钳位二极管的正极与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述第一钳位二极管的负极用于和正极电源连接；

第二钳位二极管，所述第二钳位二极管的负极与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述第二钳位二极管的正极用于和负极电源连接。

9.根据权利要求1-7任一项所述的电路，其特征在于，还包括门极吸收电路，所述门极吸收电路包括：

电容，所述电容的一端与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述电容的另一端接地。

10.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述门极吸收电路还包括：

电阻R7，所述电阻R7的一端与所述第一场效应管的源极连接，且与所述第二场效应管的漏极连接，且与所述绝缘栅双极型晶体管的门极连接；所述电阻R7的另一端接地。

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