CN206461515U - 一种通用紧凑型功率管驱动电源模块 - Google Patents
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Abstract
一种通用紧凑型功率管驱动电源模块，包括四路并行设置的栅极驱动电路，四路栅极驱动电路分别经过驱动隔离电路对应连接四只开关管，四路栅极驱动电路分为两组，每组连接一路驱动供电电路，驱动供电电路具有能够调整电压的电源。所述的驱动隔离电路采用光耦隔离器件或者变压器隔离器件。本实用新型能够控制四路开关管的开通和关断，每一路栅极驱动电路的PWM驱动信号间干扰较小，并且驱动的路数、电压值易变通，使用非常方便灵活。本实用新型结合Si IGBT和SiC MOSFET功率管驱动电路差异及要求，满足工程需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子器件，具体涉及一种通用紧凑型功率管驱动电源模块。
背景技术
Si IGBT功率器件是目前广泛应用的功率管。SiC是一种宽禁带半导体材料，是第三代半导体材料。关于SiC材料的相关技术，目前市场上已有的成熟产品包括SiC二极管、SiC J-FET和SiC MOSFET。其中，SiC MOSFET是电力电子领域最受重视和最有可能导致新一轮电力电子领域革命的宽禁带半导体器件，是当下电力电子科研工作的研究热点。
驱动电路的好坏直接影响整个系统工作的可靠性及性能指标。因此，设计一种即插即用、既能驱动Si IGBT功率管又能驱动SiC MOSFET功率管的通用型驱动电路具有重要研究意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种通用紧凑型功率管驱动电源模块，既能驱动Si IGBT功率管又能驱动SiC MOSFET功率管，即插即用。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：包括四路并行设置的栅极驱动电路，四路栅极驱动电路分别经过驱动隔离电路对应连接四只开关管，所述的四路栅极驱动电路分为两组，每组连接一路驱动供电电路，驱动供电电路具有能够调整电压的电源。
所述驱动供电电路在开关管为Si IGBT时采用能够输出其适用电压的电源，如+15V/-8V；在开关管为SiC MOSFET时采用能够输出其适用电压的电源，如+18V/-4V。
所述的驱动隔离电路采用光耦隔离器件或者变压器隔离器件。
所述的栅极驱动电路包括驱动电阻，所述驱动电阻的阻值为：
式中，Rg为驱动电阻的阻值，Vcc为栅射极间正向驱动电压，Vee为关断电压，Ipeak为驱动器件的额定峰值电流。
所述的栅极驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片的开通电压为15V，关断使用负压，供电电压范围高于25V，驱动芯片的峰值输出电流满足开关管的开启要求。
所述的四路栅极驱动电路电气绝缘距离在4mm以上。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：通过将四路栅极驱动电路分为两组，每组连接一路驱动供电电路，四路栅极驱动电路分别经过驱动隔离电路对应连接四只开关管，进而能够控制四路开关管的开通和关断，本实用新型每一路栅极驱动电路的PWM驱动信号间干扰较小，并且驱动的路数、电压值易变通，使用非常方便灵活。本实用新型在对Si IGBT和SiC MOSFET功率管驱动电路差异及要求的分析基础上，该驱动电源模块满足工程需要。
进一步的，本实用新型驱动电阻的选择最好是能够使系统接近临界阻尼的状态，这样驱动电压不会产生振荡，同时保持了系统较快的响应速度。如果驱动电阻Rg太小，系统的阻尼比较小，会形成一个欠阻尼系统，导致开关过程中驱动电压出现振荡，器件会有较大的损耗，严重时甚至会损坏器件；如果驱动电阻Rg取值太大，则系统的时间常数会比较大，驱动的响应会很慢，降低器件的开关速度，从而增大器件的开关损耗，因此要合理的选择。
附图说明
图1本实用新型的整体模块框图；
图2本实用新型栅极驱动电路的结构示意图；
图3本实用新型驱动供电电路的结构示意图。
附图中：TR1.第一驱动电源；TR2.第二驱动电源；Vin.输入电压；Vcc.栅射极间正向驱动电压；Vee.关断电压；Rg.驱动电阻；Lin.输入电感；Lout.输出电感；Cin.输入电容；Cout.输出电容。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1-3，本实用新型在结构上包括四路并行设置的栅极驱动电路，四路栅极驱动电路分别经过驱动隔离电路对应连接四只开关管，所述的四路栅极驱动电路分为两组，每组连接一路驱动供电电路，驱动供电电路具有能够调整电压的电源。
1.1功率管驱动电路设计
设计驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和du/dt引起的误触发。驱动电压是设计驱动电路首要需要考虑的，Si IGBT栅射极间驱动电压一般为+15V，关断电压为-8V。驱动回路中的杂散电感Ls，与驱动电阻Rg、栅极输入电容Cg，组成一个二阶系统。如果驱动电阻Rg太小，系统的阻尼比较小，会形成一个欠阻尼系统，开关过程中驱动电压出现振荡，器件会有较大的损耗，严重时甚至会损坏器件；如果驱动电阻Rg取值太大，则系统的时间常数会比较大，驱动的响应会很慢，降低器件的开关速度，从而增大器件的开关损耗。
驱动电阻的选择最好是能够使系统接近临界阻尼的状态，这样驱动电压不会产生振荡，同时保持了系统较快的响应速度。但解决这一问题的根源还是要尽可能减小驱动回路的电感Ls，在此基础上再进行驱动电阻Rg的选择。
减小驱动电阻可以缩短功率管的开关时间，从而减小开关损耗，但是如果驱动电阻过小，开关速度过快，在开关过程中，不仅会造成驱动回路驱动电压的振荡，也会造成主回路电压、电流的振荡，给器件的使用带来不利影响，因此要合理的选择驱动电阻。
式中，Rg为驱动电阻值，Vcc为栅射极间正向驱动电压，Vee为关断电压，Ipeak为驱动器件的额定峰值电流。
在选择驱动芯片时，主要基于以下两个原则：(1)供电电压范围满足要求：开通电压15V，关断时需要使用负压，所以驱动电压的供电范围要高于25V。(2)驱动芯片的峰值输出电流足够大，驱动芯片的驱动能力也是一个重要的方面。
1.2驱动供电电路设计
SiC MOSFET功率管驱动电源模块设计
SiC MOSFET对驱动要求较高，主要体现在驱动电压及驱动快速性上。一般Si功率器件的驱动高电平为12V或15V，低电平为0V。一款Cree公司耐压1200V的SiC MOSFET推荐的开通电压为+20V，关断电压为-2～-5V。虽然它的开启电压只有2.5V，但是只有当驱动电压到16V时，其才能完全开通。所以常规的驱动硅功率器件的驱动电路不能直接用来驱动SiCMOSFET，需要对其专门设计。SiC MOSFET可应用于高速场合，易出现误触发现象，因而在普通Si MOSFET驱动要求的基础上，对SiC MOSFET驱动电路的额外要求是尽量减小驱动电路的分布电感，并采用负压关断，防止误导通，增强抗干扰能力。为了安全考虑，SiC MOSFET栅极驱动电压Ugs＝18～20V，关断电压为-2～-5V。SiC MOSFET面临着比Si MOSFET更加严峻的误触发现象。在驱动电路设计中，需增加相关的设计，使之能有效地防止误触发。
本实用新型功率管驱动电源模块尺寸为120mm×70mm，与常见功率管一样尺寸。每一个驱动电源模块包含四路栅极驱动电路和二路驱动供电电路，能够控制四路开关管开通和关断，电气绝缘距离4mm以上，每一路PWM驱动信号间的干扰较小，并且驱动的路数、电压值易变通，使用非常方便灵活。
Claims (6)
1.一种通用紧凑型功率管驱动电源模块，其特征在于：包括四路并行设置的栅极驱动电路，四路栅极驱动电路分别经过驱动隔离电路对应连接四只开关管，所述的四路栅极驱动电路分为两组，每组连接一路驱动供电电路，驱动供电电路具有能够调整电压的电源。
2.根据权利要求1所述的通用紧凑型功率管驱动电源模块，其特征在于：驱动供电电路在开关管为Si IGBT时采用输出+15V/-8V的电源，SiC MOSFET时采用输出+18V/-4V的电源。
3.根据权利要求1所述的通用紧凑型功率管驱动电源模块，其特征在于：所述的驱动隔离电路采用光耦隔离器件或者变压器隔离器件。
4.根据权利要求1所述的通用紧凑型功率管驱动电源模块，其特征在于：栅极驱动电路包括驱动电阻，所述驱动电阻的阻值为：
式中，Rg为驱动电阻的阻值，Vcc为栅射极间正向驱动电压，Vee为关断电压，Ipeak为驱动器件的额定峰值电流。
5.根据权利要求1或4所述的通用紧凑型功率管驱动电源模块，其特征在于：栅极驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片的开通电压为15V，关断使用负压，供电电压范围高于25V，驱动芯片的峰值输出电流满足开关管的开启要求。
6.根据权利要求1所述的通用紧凑型功率管驱动电源模块，其特征在于：所述的四路栅极驱动电路电气绝缘距离在4mm以上。
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