CN201266914Y - 一种igbt驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种IGBT驱动电路，包括：检测电源输入端电压、IGBT异常状态、并输出相应的保护控制信号，以保护IGBT安全的保护单元；与所述保护单元保护控制信号输出端连接，根据接收到的保护控制信号，及驱动控制信号生成驱动信号并输出的逻辑控制单元；以及与所述逻辑控制单元连接，根据接收到的所述逻辑控制单元输出的驱动信号驱动IGBT模块的驱动单元；还包括驱动状态检测单元，所述驱动单元包括扩展信号设置端，驱动状态检测单元的输入端与扩展信号输出端相连接，检测IGBT驱动电路的驱动状态，输出驱动状态信号，逻辑控制单元与驱动状态检测单元的输出端连接，根据驱动状态信号进行内部逻辑控制，增强了IGBT驱动电路的可扩展性。

Description

一种IGBT驱动电路

技术领域

本实用新型属于电力电子领域，具体涉及一种IGBT驱动电路。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有功率MOSFET输入阻抗高、工作速度快、易驱动的优点，又具有双极达林顿功率管(GTO)饱和电压低、电流容量大、耐压高等优点，能正常工作于几十KHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率设备(如变频器、UPS电源、高频焊机等)应用中占据了主导地位。IGBT和其他电力电子器件一样，实用性还依赖于电路条件和开关环境，IGBT的驱动电路是其应用方案设计的难点和关键。性能优良的驱动电路是确保IGBT高效、可靠运行的必要条件。

现有技术中的IGBT驱动电路如图1所示：包括检测电源输入端电压、IGBT异常状态、并输出相应的保护控制信号，以保护IGBT安全的保护单元1；与所述保护单元保护控制信号输出端连接，根据接收到的所述保护控制信号生成驱动控制信号并输出的逻辑控制单元2；以及与所述逻辑控制单元2连接，根据接收到的所述逻辑控制单元输出的驱动控制信号驱动IGBT模块的驱动单元3。其中驱动单元3包括开关管Q1和开关管Q2，其中Q1为P型MOS管，Q2为N型MOS管，开关管Q1与开关管Q2的栅极相连，构成驱动单元的输入端，开关管Q1的源极构成驱动单元的电源端，开关管Q2的源极构成驱动单元的地端，开关管Q1与开关管Q2的漏极相连，构成驱动单元的输出端对IGBT模块进行驱动。

一款IGBT驱动芯片通常只能对应一定容量大小的IGBT，如果需要驱动更大容量的IGBT的话，则需要在原来的基础上多接一级驱动，图2是为驱动更大容量的IGBT，在现有技术的基础上进行扩展后的IGBT驱动电路，即在原现有技术的基础上，又增加了一级驱动单元4，该驱动单元由P型MOS管Q3与N型MOS管Q4构成，以适应容量较大的IGBT模块。

控制IGBT模块工作的信号，为逻辑控制单元输出给驱动单元，并经驱动单元放大后的信号，其具体控制过程为：当逻辑控制单元输出高电平时，开关管Q1关闭，开关管Q2导通，驱动单元输出为低电平；当逻辑控制单元输出低电平时，开关管Q1导通，开关管Q2关闭，驱动单元输出为高电平，以此控制IGBT的导通和关断，所述的驱动单元相当于一个反向器。因此，为驱动更大容量的IGBT模块而在原电路的基础上再增加一级驱动单元，则相当于对原驱动控制信号进行了二次反向。为了驱动更大容量的IGBT模块，不仅需要增加一级驱动单元，还需要对逻辑控制单元中的逻辑进行相应的修改，才能达到预定的控制效果。而现有技术中的IGBT驱动电路，如果想在原有的基础上驱动更大容量的IGBT模块，在增加一级驱动单元的同时，必须人为地对逻辑控制单元的逻辑进行修改，为其扩展应用带来了极大的不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种IGBT驱动电路，旨在解决现有技术中存在的IGBT驱动电路可扩展性差的问题。

本实用新型技术方案是这样实现的，一种IGBT驱动电路，包括：检测电源输入端电压、IGBT异常状态、并输出相应的保护控制信号，以保护IGBT安全的保护单元；与所述保护单元保护控制信号输出端连接，根据接收到的保护控制信号，及驱动控制信号生成驱动信号并输出的逻辑控制单元；以及与所述逻辑控制单元连接，根据接收到的所述逻辑控制单元输出的驱动信号驱动IGBT模块的驱动单元；还包括驱动状态检测单元，所述驱动单元包括扩展信号设置端，驱动状态检测单元的输入端与扩展信号设置端相连接，检测IGBT驱动电路的驱动状态，输出驱动状态信号，逻辑控制单元与驱动状态检测单元的输出端连接，根据驱动状态信号进行内部逻辑调整(是否可将逻辑控制改为逻辑调整)。

本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：本实用新型在现有技术的基础上增加了驱动状态检测单元，并于驱动单元上设置扩展信号设置端，驱动状态检测单元的输入端与扩展信号设置端相连接，检测IGBT驱动电路的驱动状态，输出驱动状态信号，逻辑控制单元与驱动状态检测单元的输出端连接，根据驱动状态信号进行内部逻辑调整，使得IGBT驱动电路可根据扩展状态对逻辑控制单元进行内部逻辑调整，增强了IGBT驱动电路的可扩展性。

附图说明

图1为现有的IGBT驱动电路原理图；

图2为现有的IGBT驱动电路进行输出的原理图；

图3为本实用新型实施例的电路原理图；

图4为本实用新型实施例非扩展应用的电路原理图；

图5为本实用新型实施例扩展应用的电路原理图；

图6为本实用新型实施例的整体电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

图3为本实用新型实施例的电路原理图；如图3所示的IGBT驱动电路，包括：检测电源输入端电压、IGBT异常状态、并输出相应的保护控制信号，以保护IGBT安全的保护单元10；与所述保护单元保护控制信号输出端连接，根据接收到的保护控制信号，及驱动控制信号生成驱动信号并输出的逻辑控制单元20；以及与所述逻辑控制单元连接，根据接收到的所述逻辑控制单元输出的驱动信号驱动IGBT模块的驱动单元30；其特征在于，还包括驱动状态检测单元50，所述驱动单元包括扩展信号设置端VM，驱动状态检测单元的输入端与扩展信号设置端相连接，检测IGBT驱动电路的驱动状态，输出驱动状态信号，逻辑控制单元20与驱动状态检测单元50的输出端连接，根据驱动状态信号进行内部逻辑调整.

如图4、图5所示，驱动单元30至少包括第一驱动器31、第二驱动器32；所述逻辑控制单元分别与第一驱动器31，第二驱动器32的输入端相连接；所述第一驱动器还包括第一电源端、第一输出端、第一地端；所述第二驱动器包括第二电源端、第二输出端、第二地端；所述扩展信号设置端VM为第二电源端。

第一驱动器31，包括第一PMOS开关管Q10、第二NMOS开关管Q20，第一PMOS开关管与第二NMOS开关管的栅极相连，构成第一驱动器的输入端，第一PMOS开关管的源极构成第一驱动器的第一电源端，第二NMOS开关管的源极构成第一驱动器的第一地端，第一PMOS开关管与第二MMOS开关管的漏极相连，构成第一驱动器的第一输出端。

第二驱动器32，包括第三PMOS开关管Q30、第四NMOS开关管Q40，第三PMOS开关管与第四NMOS开关管的栅极相连，构成第二驱动器的输入端，第三PMOS开关管的源极构成第二驱动器的第二电源端，第二NMOS开关管的源极构第二驱动器的第二地端，第二PMOS开关管与第二NMOS开关管的漏极相连，构成第二驱动器的第二输出端；

图4本实用新型实施例非扩展应用时的原理图。如图4所示，在对容量较小的IGBT进行驱动时，第一驱动器31的第一电源端与第二驱动器32的第二电源端相连接并共同接入由外部电源提供的第一电位；第一驱动器的第一输出端与第二驱动器的第二输出端相连接，对IGBT进行驱动；第一驱动器的第一地端与第二驱动器的第二地端相连接。相当于第一驱动器与第二驱动器并联对IGBT进行驱动。此时，驱动状态检测单元，由扩展信号设置端VM检测到的信号为由外部电源提供的第一电位，驱动状态检测单元将IGBT驱动电路判定为非扩展状态，并控制逻辑控制单元保持原逻辑信号不变。

图5为本实用新型实施例扩展应用时的原理图。如图5所示，对容量较大的IGBT进行驱动时，还设有第三驱动器80，第三驱动器包括第五PMOS开关管Q60，第六NMOS开关管Q70；第五PMOS开关管Q60的源极构成第三驱动器的电源端，第六NMOS开关管Q70的源极构成第三驱动器的地端，第五PMOS开关管Q60和第六NMOS开关管Q70漏极相连，构成第三驱动器的输出端；第五PMOS开关管Q60和第六NMOS开关管Q70的栅极分别构成第三驱动器的输入端。第一驱动器的电源端接入由外部电源提供的第一电位，第一驱动器的输出端与第三驱动器的输入端即第五PMOS开关管Q60的栅极相连接，第一驱动器的地端接入由外部电源提供的第二电位；第二驱动器的电源端接入由外部电源提供的第二电位，第二驱动器的输出端与第三驱动器的输入端即第六NMOS开关管Q70的栅极相连接，第三驱动器的地端即第六NMOS开关管Q70的源极接地，第三驱动器的电源端即第五PMOS开关管Q60的源极接外部电源，第五PMOS开关管和第六NMOS开关管Q70的漏极相连接，构成第三驱动器的输出端，对IGBT进行驱动。此时，驱动状态检测单元，由扩展信号设置端VM检测到的信号为由外部电源提供的第二电位，驱动状态检测单元将IGBT驱动电路判定为扩展状态，并控制逻辑控制单元进行逻辑调整。

图6为本实用新型实施例的整体电路图。为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。如图6所示，保护单元10至少包括：检测IGBT温度，输出温度异常信号的第一比较器T1，检测电源电压，输出电源异常信号的第二比较器T2，检测IGBT饱和压降，输出过流和短路异常信号的第三比较器T3，所述逻辑控制单元20分别与第一比较器、第二比较器、第三比较器的输出端相连接，根据接收到的异常信号，控制IGBT的关断。

温度保护：

第一比较器T1的正输入端接入通过电阻Rref1产生的第一基准电压，第一比较器T1的负输入端接入通过热敏电阻产生的IGBT温度电压，当IGBT温度电压值小于第一基准电压时，第一比较器发出温度异常信号至逻辑控制单元，逻辑控制单元根据收到的异常信号，控制IGBT的关断。

欠压保护：

第二比较器T2的正输入端接入第二基准电压，第二比较器T2的负输入端接入由电阻Rt1、Rt2采样的电源电压，当经采样的电源电压低于第二基准电压时，第二比较器T2输出电源异常信号逻辑控制单元，逻辑控制单元根据收到的异常信号，控制IGBT的关断。

过流和短路保护：

第三比较器T3的正输入端通过电阻Rref3接入第三基准电压，IGBT过载或开短路时，IGBT的饱和压降Uce将明显增加，使集电极电位升高，因此，第三比较器的负输入端通过二极管Dm采集IGBT的集电极电压，二极管Dm的阳极与IGBT的发射极相连接，二极管Dm的阴极与IGBT的集电极相连接，进而判断IGBT是否出于过流或短路状态。而IGBT导通的瞬间往往会产生一个瞬间的大电流，为了防止误判断，在第三比较器的负输入端与IGBT的发射极之间串入一延时电容C1；第三比较器的负输入端与地之间，还设有一N型MOS管M2，MOS管M2的源极接地，漏极与第三比较器的负输入端相连；当IGBT关断时，其集电极电压为高，N型MOS管M2的栅极置高电平，被打开，第三比较器的负输入端被拉至低电平，保证了第三比较器在IGBT关断状态下不起作用，以免误判断；在IGBT导通时，N型MOS管M2的栅极置低电平，被关断，外部电源对的电容进行充电，此时IGBT的集电极电压高于第三比较器的负输入端电压，二极管截止。该电容的存在是为了防止因IGBT导通的瞬间产生的大电流而导致对过流或短路的误判断，上述的时间T1可以根据实际需要更换相应的电容予以调整。IGBT正常工作时，外部电源将对电容进行充电直到二极管Dm打开。当发生开短路或过流保护时，外部电源将对电容进行充电直到第三比较器的负输入端电压高于其第三基准电压，此时第三比较器发出过流和开短路异常信号，并输出给逻辑控制单元，控制IGBT的关断。

为更加及时地对IGBT进行保护，保护单元10还包括异常信号保持单元90，其输入端与第三比较器的输出端相连，输出端与逻辑控制单元相连。异常信号保持单元在接收到第三比较器输出的异常信号时，锁定时间功能开始启动，并在锁定时间内使驱动器锁定IGBT，而不再接收输入信号，锁定功能开启的同时关断IGBT。

IGBT在发生短路后是不允许立即过快地关断的，因为此时的短路电流相当大，如果立即关断会造成很大的di/dt，在杂散电感的作用下，过高的di/dt会产生过高的电压尖峰，使IGBT承受不住而损坏。为了防止IGBT由于在大电流时过快的关断造成过高的电压尖峰而造成过压损坏，保护单元10还包括用于在IGBT出现过流状态时，控制IGBT慢速关断的软关断单元100，软关断单元的输出端与第三驱动器相连接。软关端单元与第三驱动器之间还设有N型MOS管M1，电阻Rs；MOS管M1的漏极与第三驱动器的地端相连接，源极接地，栅极与软关断单元的输出端相连，电阻Rs连接于MOS管M1的漏极与栅及之间。正常状态时，软关断单元的输出端为高电平；MOS管M1处于导通状态；异常状态时，第三比较器将判断电路处于过流或短路异常状态的信号发送至软关断单元的输入端，控制软关断单元输出低电平，控制MOS管M1关断，减缓IGBT过流关断时基极电压下降的速度，达到软关断的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种IGBT驱动电路，包括：检测电源输入端电压、IGBT异常状态、并输出相应的保护控制信号，以保护IGBT安全的保护单元；与所述保护单元保护控制信号输出端连接，根据接收到的保护控制信号，及驱动控制信号生成驱动信号并输出的逻辑控制单元；以及与所述逻辑控制单元连接，根据接收到的所述逻辑控制单元输出的驱动信号驱动IGBT模块的驱动单元；其特征在于，还包括驱动状态检测单元，所述驱动单元包括扩展信号设置端，驱动状态检测单元的输入端与扩展信号设置端相连接，检测IGBT驱动电路的驱动状态，输出驱动状态信号，逻辑控制单元与驱动状态检测单元的输出端连接，根据驱动状态信号进行内部逻辑调整。

2、根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述驱动单元至少包括第一驱动器、第二驱动器；所述逻辑控制单元分别与第一驱动器，第二驱动器的输入端相连接；所述第一驱动器还包括第一电源端、第一输出端、第一地端；所述第二驱动器包括第二电源端、第二输出端、第二地端；所述扩展信号设置端为第二电源端。

3、根据权利要求2所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一驱动器，包括第一PMOS开关管、第二NMOS开关管，第一PMOS开关管与第二NMOS开关管的栅极相连，构成第一驱动器的输入端，第一PMOS开关管的源极构成第一驱动器的第一电源端，第二NMOS开关管的源极构成第一驱动器的第一地端，第一PMOS开关管与第二NMOS开关管的漏极相连，构成第一驱动器的第一输出端。

4、根据权利要求2所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述第二驱动器，包括第三PMOS开关管、第四NMOS开关管，第三PMOS开关管与第四NMOS开关管的栅极相连，构成第二驱动器的输入端，第三PMOS开关管的源极构成第二驱动器的第二电源端，第四NMOS开关管的源极构成第二驱动器的第二地端，第三PMOS开关管与第四NMOS开关管的漏极相连，构成第二驱动器的第二输出端。

5、根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述保护单元至少包括：检测IGBT温度，输出温度异常信号的第一比较器，检测电源电压，输出电源异常信号的第二比较器，检测IGBT饱和压降，输出过流和短路异常信号的第三比较器，所述逻辑控制单元分别与第一比较器、第二比较器、第三比较器的输出端相连接，根据接收到的异常信号，控制IGBT的关断。

6、根据权利要求5所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述保护单元还包括：输入端与所述第三比较器相连接，用于在出现过流状态时，将第三比较器输出的过流和短路异常信号保持，并输出至逻辑控制单元的异常信号保持单元，所述逻辑控制单元根据接收到的异常信号，控制IGBT的关断。

7、根据权利要求6所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述保护单元还包括：输入端与所述异常信号保持单元相连接，用于在IGBT出现过流状态时，控制IGBT慢速关断的软关断单元。

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