CN116032263A - 绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路。所述绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路包括：通过控制器接收上位机下发的控制信号，并将控制信号转换为多路分支信号，信号切换模块与控制器之间连接有多个连接支路，每个连接支路用于传输一个分支信号，信号切换模块用于根据接收到的各个分支信号生成不同开关程度的开关信号，驱动电阻模块根据不同开关程度的开关信号驱动绝缘栅双极型晶体管模块实现开关或分级开关，即在IGBT开通与关断过程都可实现分级驱动，在IGBT开通与关断阶段灵活控制，优化开通与关断过程，降低开关损耗。

Description

绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路。

背景技术

随着电力电子技术逐步向大功率、模块化，集成化与高频化方向发展，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是双极型晶体管(BJT)和场效应晶体管(MOSFET)的复合器件，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动功率小、饱和压降低、控制电路简单、承受电流大等特点，在各种电力电子变换装置中得到广泛的应用。IGBT模块的驱动电路是前级逻辑信号与功率器件IGBT的接口电路，对IGBT模块的可靠运行起着至关重要的作用。驱动电路的最优设计，可使得功率器件开关性能达到最优，提高电路转化效率。

目前，IGBT门极驱动电路一般采用传统的模拟式无源门极驱动技术，即采用固定的开通和关断电阻切换来实现IGBT模块的驱动控制，无法灵活地对IGBT模块进行分级开关控制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路。

本申请提供了一种绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，包括：

控制器，用于接收上位机传输的控制信号，并根据所述控制信号生成多路分支信号；

信号切换模块，与所述控制器之间建立有第一数量的连接支路，每个所述连接支路用于接收一个所述分支信号，所述信号切换模块用于根据接收到的各个所述分支信号生成不同开关程度的开关信号；

驱动电阻模块，与所述信号切换模块电性连接，用于根据所述开关信号生成相应的驱动信号，所述驱动信号用于驱动绝缘栅双极型晶体管模块实现开关或分级开关。

可选地，所述分支信号包括开通分支信号和关断分支信号，所述开关信号包括开通信号和关断信号，所述信号切换模块包括：

开通信号处理模块，与所述控制器之间建立有第二数量的第一连接支路，每个所述第一连接支路用于接收一个所述开通分支信号，所述开通信号处理模块用于根据接收到的各个所述开通分支信号生成不同开通程度的开通信号，所述第二数量为所述第一数量的一半；

关断信号处理模块，与所述控制器之间建立有第三数量的第二连接支路，每个所述第二连接支路用于接收一个所述关断分支信号，所述关断信号处理模块用于根据接收到的所述关断分支信号生成不同关断程度的关断信号，所述第三数量为所述第一数量的一半。

可选地，所述开通信号处理模块包括：

开通信号放大模块，与所述控制器之间建立有所述第二数量的第一连接支路，用于对接收到的各个所述开通分支信号进行放大处理，得到相应的第一放大信号；

开通信号切换模块，与所述第一开通信号放大模块电性连接，用于根据各个所述第一放大信号生成不同开关程度的开通信号。

可选地，所述开通信号放大模块包括第一栅极驱动器，所述第一栅极驱动器的第一输入端、所述第一栅极驱动器的第二输入端分别与所述控制器相连形成两个所述第一连接支路，所述第一栅极驱动器的正电源端接第一预设正电源，所述第一栅极驱动器的输出端与所述开通信号切换模块电性连接；

所述第一栅极驱动器用于在所述开通分支信号为高电平的情况下生成高电平的所述第一放大信号；在所述开通分支信号为低电平的情况下生成低电平的第一放大信号。

可选地，所述开通信号切换模块包括第一开通电阻、第二开通电阻、第一开通场效应管和第二开通场效应管，所述第一开通电阻的第一端与所述第一栅极驱动器的第一输出端电性连接，所述第一开通电阻的第二端与所述第一开通场效应管的栅极电性连接，所述第一开通场效应管的源极与所述第一预设正电源电性连接，所述第一开通场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接，所述第二开通电阻的第一端与所述第一栅极驱动器的第二输出端电性连接，所述第二开通电阻的第二端与所述第二开通场效应管的栅极电性连接，所述第二开通场效应管的源极与所述第一预设正电源电性连接，所述第二开通场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接；

所述第一开通场效应管或所述第二开通场效应管用于在所述第一放大信号为高电平的情况下处于截止状态，在所述第一放大信号为低电平的情况下处于导通状态；

所述第一开通场效应管或所述第二开通场效应管处于导通状态，生成指示第一开通程度的开通信号；所述第一开通场效应管和所述第二开通场效应管处于导通状态，生成指示第二开通程度的开通信号。

可选地，所述关断信号处理模块包括：

关断信号转换模块，与所述控制器之间建立有所述第三数量的第二连接支路，用于将接收到的各个所述关断分支信号进行转换处理，得到相应的关断转换信号；

关断信号放大模块，与所述关断信号转换模块电性连接，用于对接收到的各个所述关断转换信号进行放大处理，得到相应的第二放大信号；

关断信号切换模块，与所述关断信号放大模块电性连接，用于根据接收到的各个所述第二放大信号生成不同关断程度的关断信号。

可选地，所述关断信号转换模块包括第一关断电阻、第三关断电阻、第二关断电阻、第四关断电阻、第一关断场效应管和第二关断场效应管，所述第一关断电阻的第一端、所述第三关断电阻的第一端分别与所述控制器相连形成两个所述第二连接支路，所述第一关断电阻的第二端与所述第一关断场效应管的栅极，所述第一关断场效应管的源极与第二预设正电源电性连接，所述第一关断场效应管的漏极经所述第二关断电阻与第一预设负电源电性连接，所述第一关断场效应管的漏极还与所述关断信号放大模块电性连接；

所述第三关断电阻的第二端与所述第二关断场效应管的栅极电性连接，所述第二关断场效应管的漏极与所述第二预设正电源电性连接，所述第二关断场效应管的源极经所述第四关断电阻与所述第一预设负电源电性连接，所述第二关断场效应管的源极还与所述关断信号放大模块电性连接；

所述第一关断场效应管或所述第二关断场效应管用于在所述关断分支信号为高电平的情况下生成低电平的关断转换信号；在所述关断分支信号为低电平的情况下生成高电平的关断转换信号。

可选地，所述关断信号放大模块包括第二栅极驱动器，所述第二栅极驱动器的第一输入端与所述第一关断场效应管的源极电性连接，所述第二栅极驱动器的第二输入端与所述第二关断场效应管的源极电性连接，所述第二栅极驱动器的正电源端与所述第一预设正电源电性连接，所述第二栅极驱动器的输出端与所述关断信号切换模块电性连接；

所述第二栅极驱动器用于在所述关断转换信号为高电平的情况下生成高电平的所述第二放大信号；在所述开通分支信号为低电平的情况下生成低电平的第二放大信号。

可选地，所述关断信号切换模块包括第五关断电阻、第六关断电阻、第三关断场效应管、第四关断场效应管，所述第五关断电阻的第一端与所述第二栅极驱动器的第一输出端电性连接，所述第五关断电阻的第二端与所述第三关断场效应管的栅极电性连接，所述第三关断场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接，所述第三关断场效应管的源极与所述第一预设负电源电性连接；

所述第六关断电阻的第一端与所述第二栅极驱动器的第二输出端电性连接，所述第六关断电阻的第二端与所述第四关断场效应管的栅极电性连接，所述第四关断场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接，所述第四关断场效应管的源极与所述第一预设负电源电性连接；

所述第三关断场效应管或所述第四关断场效应管用于在所述第二放大信号为高电平的情况下处于导通状态；在所述第二放大信号为低电平的情况下处于截止状态；

所述第三关断场效应管或所述第四关断场效应管处于导通状态，生成指示第一关断程度的关断信号；所述第三关断场效应管和所述第四关断场效应管处于导通状态，生成指示第二关断程度的关断信号。

可选地，所述驱动电阻模块包括第一驱动电阻、第二驱动电阻、第三驱动电阻和第四驱动电阻，所述第一驱动电阻的第一端与所述第一开通场效应管的源极电性连接，所述第二驱动电阻的第一端与所述第二开通场效应管的源极电性连接，所述第三驱动电阻的第一端与所述第三关断场效应管的漏极电性连接，所述第四驱动电阻的第一端与所述第四关断场效应管的漏极电性连接，所述第一驱动电阻的第二端、所述第二驱动电阻的第二端、所述第三驱动电阻的第二端、所述第四驱动电阻的第二端接于连接节点，所述连接节点与所述驱动结缘栅极双极型晶体管模块电性连接；

在所述开通信号指示第一开通程度的情况下，所述第一驱动电阻或所述第二驱动电阻作为开通工作电阻；在所述开通信号指示第二开通程度的情况下，所述第一驱动电阻和所述第二驱动电阻并联后作为开通工作电阻，所述开通信号经过所述开通工作电阻生成相应的开通驱动信号；

在所述关断信号指示第一关断程度的情况下，所述第三驱动电阻或所述第四驱动电阻作为关断工作电阻；在所述开通信号指示第二关断程度的情况下，所述第三驱动电阻和所述第四驱动电阻并联后作为关断工作电阻，所述关断信号经过所述关断工作电阻生成相应的关断驱动信号。

基于上述绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，通过控制器接收上位机下发的控制信号，并将控制信号转换为多路分支信号，信号切换模块与控制器之间连接有多个连接支路，每个连接支路用于传输一个分支信号，信号切换模块用于根据接收到的各个分支信号生成不同开关程度的开关信号，驱动电阻模块根据不同开关程度的开关信号驱动绝缘栅双极型晶体管模块实现开关或分级开关，即在IGBT开通与关断过程都可实现分级驱动，在IGBT开通与关断阶段灵活控制，优化开通与关断过程，降低开关损耗。

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，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为一个实施例中绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路的结构框图；

图2为一个实施例中绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路的结构框图；

图3为一个实施例中绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路的结构框图；

图4为一个实施例中绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路的电路连接图；

图5为一个实施例中绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路的开关时序图。

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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

在一个实施例中，图1为一个实施例中一种绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路100的结构框图，参照图1，提供了一种绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路100，该绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路100具体包括：

控制器110，用于接收上位机传输的控制信号，并根据所述控制信号生成多路分支信号。

具体的，控制器110具体可以为任意具备数据处理控制功能的器件或集成电路，例如MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、CPU(central processing unit，中央处理器)、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器110)等，在本实施例中令控制器110为MCU。控制信号记为PWM信号，控制器110可以将控制信号转换为多路分支信号，例如两路分支信号、四路分支信号、六路分支信号等，即分支信号的数量为偶数，在本实施例中控制信号转换为四路分支信号，分别记为PWM_ON1、PWM_ON2、PWM_OFF1、PWM_OFF2。

信号切换模块120，与所述控制器110之间建立有第一数量的连接支路，每个所述连接支路用于接收一个所述分支信号，所述信号切换模块120用于根据接收到的各个所述分支信号生成不同开关程度的开关信号。

具体的，信号切换模块120与控制器110之间连接支路的数量与分支信号的数量相同，因此此处连接支路的数量为4，信号切换模块120用于根据不同的分支信号灵活地采用不同的开关电阻以生成指示不同开关程度的开关信号，开关程度具体包括第一开通程度、第二开通程度、第一关断程度和第二关断程度，第一开通程度对应的开关电阻大于第二开通程度对应的开关电阻，所以第二开通程度高于第一开通程度，即第二开通程度的开通效率高于第一开通程度的开通效率。第一关断程度对应的开关电阻大于第二关断程度对应的开关电阻，所以第二关断程度高于第一关断程度，即第二关断程度的关断效率高于第一关断程度的关断效率。

分支信号的数量越多，对于开关电阻的选择精细化程度越高，后文中均以四个分支信号为例来说明。

驱动电阻模块130，与所述信号切换模块120电性连接，用于根据所述开关信号生成相应的驱动信号，所述驱动信号用于驱动绝缘栅双极型晶体管模块实现开关或分级开关。

具体的，驱动电阻模块130用于根据开关信号选用相应的开关电阻，开关信号经过采用的开关电阻以输出相应的驱动信号，该驱动信号用于按照相应的开关程度驱动绝缘栅双极型晶体管模块实现开关或分级开关，即在IGBT开通与关断过程都可实现分级驱动，在IGBT开通与关断阶段灵活控制，优化开通与关断过程，降低开关损耗。

在一个实施例中，所述分支信号包括开通分支信号和关断分支信号，所述开关信号包括开通信号和关断信号，所述信号切换模块120包括：

开通信号处理模块121，与所述控制器110之间建立有第二数量的第一连接支路，每个所述第一连接支路用于接收一个所述开通分支信号，所述开通信号处理模块121用于根据接收到的各个所述开通分支信号生成不同开通程度的开通信号，所述第二数量为所述第一数量的一半；

关断信号处理模块122，与所述控制器110之间建立有第三数量的第二连接支路，每个所述第二连接支路用于接收一个所述关断分支信号，所述关断信号处理模块122用于根据接收到的所述关断分支信号生成不同关断程度的关断信号，所述第三数量为所述第一数量的一半。

具体的，如图2所示，信号切换模块120具体包括开通信号处理模块121和关断信号处理模块122，开通信号处理模块121用于对开通分支信号进行信号处理，以生成用于实现开通的开通信号；关断信号处理模块122用于对关断分支信号进行信号处理，以生成用于实现关断的关断信号。开通信号处理模块121与控制器110之间建立有第二数量的第一连接支路，第二数量为第一数量的一半，在本实施例中第二数量为2，第三数量也为2。

即PWM_ON1和PWM_ON2分别用于指示不同的开通分支信号，PWM_OFF1和PWM_OFF2分别用于指示不同的关断分支信号。

在一个实施例中，所述开通信号处理模块121包括：

开通信号放大模块1211，与所述控制器110之间建立有所述第二数量的第一连接支路，用于对接收到的各个所述开通分支信号进行放大处理，得到相应的第一放大信号；

开通信号切换模块1212，与所述第一开通信号放大模块1211电性连接，用于根据各个所述第一放大信号生成不同开关程度的开通信号。

具体的，如图3所示，开通信号放大模块1211为具有信号放大功能的集成电路，用于对接收到的开通分支信号进行放大处理，开通信号切换模块1212为具有开关切换功能的集成电路，用于根据接收到的第一放大信号进行相应的开关切换操作，以生成不同开关程度的开通信号。

在一个实施例中，所述开通信号放大模块1211包括第一栅极驱动器，所述第一栅极驱动器的第一输入端、所述第一栅极驱动器的第二输入端分别与所述控制器110相连形成两个所述第一连接支路，所述第一栅极驱动器的正电源端接第一预设正电源，所述第一栅极驱动器的输出端与所述开通信号切换模块1212电性连接；

所述第一栅极驱动器用于在所述开通分支信号为高电平的情况下生成高电平的所述第一放大信号；在所述开通分支信号为低电平的情况下生成低电平的第一放大信号。

具体的，第一栅极驱动器可以选用隔离式栅极驱动器或贴片低边栅极驱动器，在本实施例中选用贴片低边栅极驱动器作为所述第一栅极驱动器，如图4所示，U1指示第一栅极驱动器，第一栅极驱动器的第一输入端对应INA，第一栅极驱动器的第二输入端对应INB，第一栅极驱动器的第一输出端对应OUTA，第一栅极驱动器的第二输出端对应OUTB，第一栅极驱动器的正电源端对应VS，第一预设正电源为+15V，第一栅极驱动器的负电源端对应GND接地。

第一栅极驱动器用于提高接收到的开通分支信号，例如，在PWM_ON1为高电平的情况下，即第一栅极驱动器的INA对比GND为高电平，第一栅极驱动器的OUTA会输出外接+15V高电平的第一放大信号；在PWM_ON1为低电平的情况下，即第一栅极驱动器的INA对比GND为低电平，会输出接地GND低电平的第一放大信号。第一栅极驱动器对于PWM_ON2的处理方式与PWM_ON1相同，区别仅在于PWM_ON2对应于第一栅极驱动器的输入端为INB，输出端为OUTB。

在一个实施例中，所述开通信号切换模块1212包括第一开通电阻、第二开通电阻、第一开通场效应管和第二开通场效应管，所述第一开通电阻的第一端与所述第一栅极驱动器的第一输出端电性连接，所述第一开通电阻的第二端与所述第一开通场效应管的栅极电性连接，所述第一开通场效应管的源极与所述第一预设正电源电性连接，所述第一开通场效应管的漏极与所述驱动电阻模块130电性连接，所述第二开通电阻的第一端与所述第一栅极驱动器的第二输出端电性连接，所述第二开通电阻的第二端与所述第二开通场效应管的栅极电性连接，所述第二开通场效应管的源极与所述第一预设正电源电性连接，所述第二开通场效应管的漏极与所述驱动电阻模块130电性连接；

所述第一开通场效应管或所述第二开通场效应管用于在所述第一放大信号为高电平的情况下处于截止状态，在所述第一放大信号为低电平的情况下处于导通状态；

所述第一开通场效应管或所述第二开通场效应管处于导通状态，生成指示第一开通程度的开通信号；所述第一开通场效应管和所述第二开通场效应管处于导通状态，生成指示第二开通程度的开通信号。

具体的，如图4所示，R4指示第一开通电阻，R5指示第二开通电阻，Q3指示第一开通场效应管，Q4指示第二开通场效应管，第一开通场效应管和第二开通场效应管可以为不同或相同的场效应管，在本实施例中，第一开通场效应管和第二开通场效应管均为P沟道MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET，金氧半场效晶体管)。

第一开通场效应管输出的开通信号记为VT_ON1，第二开通场效应管输出的开通信号记为VT_ON2，由于Q3源极外接+15V，当U1的OUTA输出高电平+15V的第一放大信号时，Q3关断处于截止状态；当U1的OUTA输出低电平GND的第一放大信号时，Q3处于导通状态，Q3输出VT_ON1为+15V。在VT_ON1或VT_ON2输出+15V时，即输出的开通信号指示第一开通程度；在VT_ON1和VT_ON1同时输出+15V时，即输出的开通信号指示第二开通程度。

在一个实施例中，如图3所示，所述关断信号处理模块122包括：

关断信号转换模块1221，与所述控制器110之间建立有所述第三数量的第二连接支路，用于将接收到的各个所述关断分支信号进行转换处理，得到相应的关断转换信号；

关断信号放大模块1222，与所述关断信号转换模块1221电性连接，用于对接收到的各个所述关断转换信号进行放大处理，得到相应的第二放大信号；

关断信号切换模块1223，与所述关断信号放大模块1222电性连接，用于根据接收到的各个所述第二放大信号生成不同关断程度的关断信号。

具体的，若控制器110输出的关断分支信号直接连接在关断信号放大模块1222的输入端上，则不论关断分支信号为高电平还是低电平，都比关断信号放大模块1222的参考地-10V的电平高，无法实现开关逻辑控制，因此，需要在关断信号放大模块1222之前增设关断信号转换模块1221，将关断分支信号进行电平转换，从而得到转换后的关断转换信号，关断转换信号为低电平时低于关断信号放大模块1222的参考地-10V，以此可以实现后续开关逻辑控制。

关断信号放大模块1222为具有信号放大功能的集成电路，用于对接收到的关断分支信号进行放大处理，关断信号切换模块1223为具有开关切换功能的集成电路，用于根据接收到的第二放大信号进行相应的开关切换操作，以生成不同关断程度的关断信号。

在一个实施例中，所述关断信号转换模块1221包括第一关断电阻、第三关断电阻、第二关断电阻、第四关断电阻、第一关断场效应管和第二关断场效应管，所述第一关断电阻的第一端、所述第三关断电阻的第一端分别与所述控制器110相连形成两个所述第二连接支路，所述第一关断电阻的第二端与所述第一关断场效应管的栅极，所述第一关断场效应管的源极与第二预设正电源电性连接，所述第一关断场效应管的漏极经所述第二关断电阻与第一预设负电源电性连接，所述第一关断场效应管的漏极还与所述关断信号放大模块1222电性连接；

所述第三关断电阻的第二端与所述第二关断场效应管的栅极电性连接，所述第二关断场效应管的漏极与所述第二预设正电源电性连接，所述第二关断场效应管的源极经所述第四关断电阻与所述第一预设负电源电性连接，所述第二关断场效应管的源极还与所述关断信号放大模块1222电性连接；

所述第一关断场效应管或所述第二关断场效应管用于在所述关断分支信号为高电平的情况下生成低电平的关断转换信号；在所述关断分支信号为低电平的情况下生成高电平的关断转换信号。

具体的，如图4所示，R1指示第一关断电阻，R2指示第二关断电阻，R3指示第三关断电阻，R4指示第四关断电阻，Q1指示第一关断场效应管，Q2指示第二关断场效应管，第一关断场效应管和第二关断场效应管可以为相同或不同型号的场效应管，在本实施例中第一关断场效应管和第二关断场效应管均为P沟道MOS管。

其中R1、Q1、R2用于转换PWM_OFF1的电平，R3、Q2、R4用于转换PWM_OFF2的电平，两路转换原理相同。Q1的源极连接+3.3V,Q1的漏极通过R2连接-10V，当PWM_OFF1为高电平时，Q1关断，并将关断信号放大模块1222输入端拉低至-10V，即输出低电平的关断转换信号，对比关断信号放大模块1222的参考地-10V为低电平；当PWM_OFF1为低电平时，Q1开通，输出高电平的关断转换信号，即将关断信号放大模块1222输入端拉至3.3V，对比将关断信号放大模块1222输入端拉的参考地-10V为高电平。

在一个实施例中，所述关断信号放大模块1222包括第二栅极驱动器，所述第二栅极驱动器的第一输入端与所述第一关断场效应管的源极电性连接，所述第二栅极驱动器的第二输入端与所述第二关断场效应管的源极电性连接，所述第二栅极驱动器的正电源端与所述第一预设正电源电性连接，所述第二栅极驱动器的输出端与所述关断信号切换模块1223电性连接；

所述第二栅极驱动器用于在所述关断转换信号为高电平的情况下生成高电平的所述第二放大信号；在所述开通分支信号为低电平的情况下生成低电平的第二放大信号。

具体的，第二栅极驱动器可以选用隔离式栅极驱动器或贴片低边栅极驱动器，在本实施例中选用贴片低边栅极驱动器作为所述第二栅极驱动器，如图4所示，U2指示第二栅极驱动器，第二栅极驱动器的第一输入端对应INA，第二栅极驱动器的第二输入端对应INB，第二栅极驱动器的第一输出端对应OUTA，第二栅极驱动器的第二输出端对应OUTB，第二栅极驱动器的正电源端对应VS，第一预设正电源为+15V，第一栅极驱动器的负电源端对应GND接-10V。

第二栅极驱动器用于提高接收到的关断分支信号，例如，在PWM_OFF1为高电平的情况下，Q1关断，输出-10V低电平的关断转换信号至第二栅极驱动器，即第二栅极驱动器的INA对比-10V为低电平，第二栅极驱动器的OUTA会输出外接-10V低电平的第二放大信号；在PWM_ON1为低电平的情况下，Q1导通，输出+3.3V高电平的关断转换信号至第二栅极驱动器，即第二栅极驱动器的INA对比-10V为高电平，第二栅极驱动器的OUTA会输出+15V高电平的第二放大信号。第二栅极驱动器对于PWM_OFF2的处理方式与对于PWM_OFF1的处理方式相同，区别仅在于PWM_OFF2对应于第二栅极驱动器的输入端为INB，输出端为OUTB。

在一个实施例中，所述关断信号切换模块1223包括第五关断电阻、第六关断电阻、第三关断场效应管、第四关断场效应管，所述第五关断电阻的第一端与所述第二栅极驱动器的第一输出端电性连接，所述第五关断电阻的第二端与所述第三关断场效应管的栅极电性连接，所述第三关断场效应管的漏极与所述驱动电阻模块130电性连接，所述第三关断场效应管的源极与所述第一预设负电源电性连接；

所述第六关断电阻的第一端与所述第二栅极驱动器的第二输出端电性连接，所述第六关断电阻的第二端与所述第四关断场效应管的栅极电性连接，所述第四关断场效应管的漏极与所述驱动电阻模块130电性连接，所述第四关断场效应管的源极与所述第一预设负电源电性连接；

所述第三关断场效应管或所述第四关断场效应管用于在所述第二放大信号为高电平的情况下处于导通状态；在所述第二放大信号为低电平的情况下处于截止状态；

所述第三关断场效应管或所述第四关断场效应管处于导通状态，生成指示第一关断程度的关断信号；所述第三关断场效应管和所述第四关断场效应管处于导通状态，生成指示第二关断程度的关断信号。

具体的，如图4所示，R6指示第五关断电阻，R7指示第六关断电阻，Q5指示第三关断场效应管，Q6指示第四关断场效应管，第一预设负电源为-10V，第三关断场效应管和第四关断场效应管可以为不同或相同的场效应管，在本实施例中，第三关断场效应管和第四关断场效应管均为P沟道MOS管。

第三关断场效应管输出的关断信号记为VT_OFF1，第四关断场效应管输出的关断信号记为VT_OFF2，由于Q5源极外接-10V，当U2的OUTA输出高电平+15V的第二放大信号时，Q5处于导通状态，并输出的VT_OFF1为-10V的关断信号；当U2的OUTA输出低电平-10V的第二放大信号时，Q5关断处于截止状态。在VT_OFF1或VT_OFF2输出-10V时，即输出的关断信号指示第一关断程度；在VT_OFF1和VT_OFF1同时输出-10V时，即输出的关断信号指示第二关断程度。

在一个实施例中，所述驱动电阻模块130包括第一驱动电阻、第二驱动电阻、第三驱动电阻和第四驱动电阻，所述第一驱动电阻的第一端与所述第一开通场效应管的源极电性连接，所述第二驱动电阻的第一端与所述第二开通场效应管的源极电性连接，所述第三驱动电阻的第一端与所述第三关断场效应管的漏极电性连接，所述第四驱动电阻的第一端与所述第四关断场效应管的漏极电性连接，所述第一驱动电阻的第二端、所述第二驱动电阻的第二端、所述第三驱动电阻的第二端、所述第四驱动电阻的第二端接于连接节点，所述连接节点与所述驱动结缘栅极双极型晶体管模块电性连接；

在所述开通信号指示第一开通程度的情况下，所述第一驱动电阻或所述第二驱动电阻作为开通工作电阻；在所述开通信号指示第二开通程度的情况下，所述第一驱动电阻和所述第二驱动电阻并联后作为开通工作电阻，所述开通信号经过所述开通工作电阻生成相应的开通驱动信号；

在所述关断信号指示第一关断程度的情况下，所述第三驱动电阻或所述第四驱动电阻作为关断工作电阻；在所述开通信号指示第二关断程度的情况下，所述第三驱动电阻和所述第四驱动电阻并联后作为关断工作电阻，所述关断信号经过所述关断工作电阻生成相应的关断驱动信号。

具体的，如图4所示，R_ON1指示第一驱动电阻，R_ON2指示第二驱动电阻，R_OFF1指示第三驱动电阻，R_OFF2指示第四驱动电阻，G_PWM指示连接节点，用于与绝缘栅双极型晶体管模块电性连接。在开通信号指示第一开通程度的情况下，第一驱动电阻或第二驱动电阻单独作为开通工作电阻，此时的开通工作电阻的阻值较大，因此此时开通效率较低，相当于半开状态；在开通信号指示第二开通程度的情况下，第一驱动电阻和第二驱动电阻相并联作为开通工作电阻，并联后的阻值较小，即降低了工作电阻，释放了更多的开通信号，因此此时开通效率较高，相当于全开状态。

在关断信号指示第一关断程度的情况下，第三驱动电阻或第四驱动电阻单独作为关断工作电阻，此时的关断电阻的阻值较大，因此此时关断效率较低，相当于半关状态；在关断信号指示第而关断程度的情况下，第三驱动电阻和第四关断电阻相并联作为关断工作电阻，并联后的阻值较小，降低了工作电阻，释放了更多的关断信号，因此此时关断效率较高，相当于全关状态。

示例性的，如图5所示，开通阶段的分级开通时序如下：

当上位机传输过来的PWM控制信号是从低变高时，也就是上位机控制IGBT模块开通，PWM_OFF1从低变高，此时Q5关断，经过1us延迟后，PWM_ON1从高电平变为低电平，此时Q3开通，VT_ON1为+15V，且PWM_ON2从高电平变为低电平，Q4开通，VT_ON2为+15V，也就是VT_ON1和VT_ON2控制驱动电阻R_ON1与R_ON2并联，以降低开通电阻；再经过400ns延迟后，PWM_ON2从低电平变为高电平，Q4关断，开通工作电阻仅为R_ON1；再经过1.3us延迟后，PWM_ON2从高电平变为低电平，Q4开通，开通工作电阻为R_ON1与R_ON2并联，以此降低开通工作电阻；在PWM_ON2为低电平持续3us之后，IGBT完全开通，PWM_ON2由低电平变为高电平，Q4关断。以此实现在开通过程中的不同阶段可以根据需求进行灵活分级开通，在其他应用场景下，可以根据需求自定义配置各个阶段的分支信号以实现分级开关。

关断阶段的分级开通时序如下：

当上位机传输过来的PWM控制信号是从高变低时，也就是上位机控制IGBT模块关断，PWM_ON1从低变高，此时Q3关断；经过1us延迟后，PWM_OFF1从高电平变为低电平，此时Q5开通，VT_OFF1为-10V，且PWM_OFF2从高电平变为低电平，Q6开通，VT_OFF2为-10V，也就是VT_OFF1和VT_OFF2控制的驱动电阻R_OFF1与R_OFF2并联，以此降低关断工作电阻；PWM_OFF2经过1us后，从低电平变为高电平，Q6关断，关断工作电阻仅为R_OFF1，直到关断过程结束。以此实现在关断过程中的不同阶段可以根据需求进行灵活分级关断，在其他应用场景下，可以根据需求自定义配置各个阶段的分支信号以实现分级开关。

上述绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路100通过将PWM控制信号转换为四路分支信号，通过四路分支信号的控制关系控制IGBT的开通和分级开通、关断和分级关断，降低开通与关断损耗，优化开通与关断过程，降低关断时候的电流变化率，抑制关断尖峰；该高压大功率IGBT模块的分级驱动电路100，较现有的大功率IGBT模块驱动电路100而言，采用分级开通与关断电路，将IGBT模块以+15V快速开通，-10V可靠关断，根据IGBT开通和关断过程中的不同阶段进行灵活控制，能根据不同的应用进行调整的，具有控制方式和参数设置简单，优化开通与关断过程，降低开关损耗的优势和特点。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路包括：

控制器，用于接收上位机传输的控制信号，并根据所述控制信号生成多路分支信号；

信号切换模块，与所述控制器之间建立有第一数量的连接支路，每个所述连接支路用于接收一个所述分支信号，所述信号切换模块用于根据接收到的各个所述分支信号生成不同开关程度的开关信号；

驱动电阻模块，与所述信号切换模块电性连接，用于根据所述开关信号生成相应的驱动信号，所述驱动信号用于驱动绝缘栅双极型晶体管模块实现开关或分级开关。

2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述分支信号包括开通分支信号和关断分支信号，所述开关信号包括开通信号和关断信号，所述信号切换模块包括：

开通信号处理模块，与所述控制器之间建立有第二数量的第一连接支路，每个所述第一连接支路用于接收一个所述开通分支信号，所述开通信号处理模块用于根据接收到的各个所述开通分支信号生成不同开通程度的开通信号，所述第二数量为所述第一数量的一半；

关断信号处理模块，与所述控制器之间建立有第三数量的第二连接支路，每个所述第二连接支路用于接收一个所述关断分支信号，所述关断信号处理模块用于根据接收到的所述关断分支信号生成不同关断程度的关断信号，所述第三数量为所述第一数量的一半。

3.根据权利要求2所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述开通信号处理模块包括：

开通信号放大模块，与所述控制器之间建立有所述第二数量的第一连接支路，用于对接收到的各个所述开通分支信号进行放大处理，得到相应的第一放大信号；

开通信号切换模块，与所述第一开通信号放大模块电性连接，用于根据各个所述第一放大信号生成不同开关程度的开通信号。

4.根据权利要求3所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述开通信号放大模块包括第一栅极驱动器，所述第一栅极驱动器的第一输入端、所述第一栅极驱动器的第二输入端分别与所述控制器相连形成两个所述第一连接支路，所述第一栅极驱动器的正电源端接第一预设正电源，所述第一栅极驱动器的输出端与所述开通信号切换模块电性连接；

所述第一栅极驱动器用于在所述开通分支信号为高电平的情况下生成高电平的所述第一放大信号；在所述开通分支信号为低电平的情况下生成低电平的第一放大信号。

5.根据权利要求4所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述开通信号切换模块包括第一开通电阻、第二开通电阻、第一开通场效应管和第二开通场效应管，所述第一开通电阻的第一端与所述第一栅极驱动器的第一输出端电性连接，所述第一开通电阻的第二端与所述第一开通场效应管的栅极电性连接，所述第一开通场效应管的源极与所述第一预设正电源电性连接，所述第一开通场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接，所述第二开通电阻的第一端与所述第一栅极驱动器的第二输出端电性连接，所述第二开通电阻的第二端与所述第二开通场效应管的栅极电性连接，所述第二开通场效应管的源极与所述第一预设正电源电性连接，所述第二开通场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接；

所述第一开通场效应管或所述第二开通场效应管用于在所述第一放大信号为高电平的情况下处于截止状态，在所述第一放大信号为低电平的情况下处于导通状态；

所述第一开通场效应管或所述第二开通场效应管处于导通状态，生成指示第一开通程度的开通信号；所述第一开通场效应管和所述第二开通场效应管处于导通状态，生成指示第二开通程度的开通信号。

6.根据权利要求2所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述关断信号处理模块包括：

关断信号转换模块，与所述控制器之间建立有所述第三数量的第二连接支路，用于将接收到的各个所述关断分支信号进行转换处理，得到相应的关断转换信号；

关断信号放大模块，与所述关断信号转换模块电性连接，用于对接收到的各个所述关断转换信号进行放大处理，得到相应的第二放大信号；

关断信号切换模块，与所述关断信号放大模块电性连接，用于根据接收到的各个所述第二放大信号生成不同关断程度的关断信号。

7.根据权利要求6所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述关断信号转换模块包括第一关断电阻、第三关断电阻、第二关断电阻、第四关断电阻、第一关断场效应管和第二关断场效应管，所述第一关断电阻的第一端、所述第三关断电阻的第一端分别与所述控制器相连形成两个所述第二连接支路，所述第一关断电阻的第二端与所述第一关断场效应管的栅极，所述第一关断场效应管的源极与第二预设正电源电性连接，所述第一关断场效应管的漏极经所述第二关断电阻与第一预设负电源电性连接，所述第一关断场效应管的漏极还与所述关断信号放大模块电性连接；

所述第三关断电阻的第二端与所述第二关断场效应管的栅极电性连接，所述第二关断场效应管的漏极与所述第二预设正电源电性连接，所述第二关断场效应管的源极经所述第四关断电阻与所述第一预设负电源电性连接，所述第二关断场效应管的源极还与所述关断信号放大模块电性连接；

所述第一关断场效应管或所述第二关断场效应管用于在所述关断分支信号为高电平的情况下生成低电平的关断转换信号；在所述关断分支信号为低电平的情况下生成高电平的关断转换信号。

8.根据权利要求7所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述关断信号放大模块包括第二栅极驱动器，所述第二栅极驱动器的第一输入端与所述第一关断场效应管的源极电性连接，所述第二栅极驱动器的第二输入端与所述第二关断场效应管的源极电性连接，所述第二栅极驱动器的正电源端与所述第一预设正电源电性连接，所述第二栅极驱动器的输出端与所述关断信号切换模块电性连接；

所述第二栅极驱动器用于在所述关断转换信号为高电平的情况下生成高电平的所述第二放大信号；在所述开通分支信号为低电平的情况下生成低电平的第二放大信号。

9.根据权利要求8所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述关断信号切换模块包括第五关断电阻、第六关断电阻、第三关断场效应管、第四关断场效应管，所述第五关断电阻的第一端与所述第二栅极驱动器的第一输出端电性连接，所述第五关断电阻的第二端与所述第三关断场效应管的栅极电性连接，所述第三关断场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接，所述第三关断场效应管的源极与所述第一预设负电源电性连接；

所述第六关断电阻的第一端与所述第二栅极驱动器的第二输出端电性连接，所述第六关断电阻的第二端与所述第四关断场效应管的栅极电性连接，所述第四关断场效应管的漏极与所述驱动电阻模块电性连接，所述第四关断场效应管的源极与所述第一预设负电源电性连接；

所述第三关断场效应管或所述第四关断场效应管用于在所述第二放大信号为高电平的情况下处于导通状态；在所述第二放大信号为低电平的情况下处于截止状态；

所述第三关断场效应管或所述第四关断场效应管处于导通状态，生成指示第一关断程度的关断信号；所述第三关断场效应管和所述第四关断场效应管处于导通状态，生成指示第二关断程度的关断信号。

10.根据权利要求9所述的绝缘栅双极型晶体管模块的驱动电路，其特征在于，所述驱动电阻模块包括第一驱动电阻、第二驱动电阻、第三驱动电阻和第四驱动电阻，所述第一驱动电阻的第一端与所述第一开通场效应管的源极电性连接，所述第二驱动电阻的第一端与所述第二开通场效应管的源极电性连接，所述第三驱动电阻的第一端与所述第三关断场效应管的漏极电性连接，所述第四驱动电阻的第一端与所述第四关断场效应管的漏极电性连接，所述第一驱动电阻的第二端、所述第二驱动电阻的第二端、所述第三驱动电阻的第二端、所述第四驱动电阻的第二端接于连接节点，所述连接节点与所述驱动结缘栅极双极型晶体管模块电性连接；

在所述开通信号指示第一开通程度的情况下，所述第一驱动电阻或所述第二驱动电阻作为开通工作电阻；在所述开通信号指示第二开通程度的情况下，所述第一驱动电阻和所述第二驱动电阻并联后作为开通工作电阻，所述开通信号经过所述开通工作电阻生成相应的开通驱动信号；

在所述关断信号指示第一关断程度的情况下，所述第三驱动电阻或所述第四驱动电阻作为关断工作电阻；在所述开通信号指示第二关断程度的情况下，所述第三驱动电阻和所述第四驱动电阻并联后作为关断工作电阻，所述关断信号经过所述关断工作电阻生成相应的关断驱动信号。

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