CN212304730U - 基于igbt栅极驱动芯片的软关断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统，包括MOS管，MOS管的漏极用于连接IGBT的栅极，MOS管的源极接地。所述系统还包括电压获取模块、电压参考模块及比较控制模块。电压获取模块用于根据IGBT短路时的栅极电压输出第一电压信号。电压参考模块用于产生具有理想下降波形的第二电压信号。比较控制模块用于将第一电压信号与第二电压信号进行比较，并根据比较结果输出控制信号至IGBT的栅极，以控制MOS管的导通或截止，使得IGBT的栅极电压对地放电而减小或保持不变。如此，可保证IGBT的栅极电压能以理想速率下降直至关断IGBT，实现可靠且高效的软关断目的。

Description

基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统

技术领域

本实用新型涉及IGBT驱动芯片领域，尤其涉及一种基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统。

背景技术

IGBT驱动器被广泛应用于光伏，风力发电，变频，电动汽车等热门行业，但在实际应用中，由于各种故障原因可能会发生IGBT短路情况，从而造成IGBT急剧发热，如果任由短路情况持续发生一定的时间，例如超过IGBT典型短路时间10us，将会造成IGBT烧毁。因此需要在发生短路时及时地关闭IGBT，而关闭方式通常是将IGBT的门极电压拉低，但是如果关闭IGBT的速度太快，也就是门极电压dv/dt太大，造成IGBT漏极电流di/dt过大，那么由于IGBT漏极寄生杂感的作用，会导致IGBT漏极产生非常高的过冲电压，这个高电压很有可能会击穿损坏IGBT器件，甚至造成IGBT模块爆炸，从而造成更多的财产损失。

目前已有技术是通过在PCB板上搭建电路实现短路保护的，具体操作方式是检测到短路后，通过一个RC电路对IGBT门极放电。这样的保护方式相对来说具有不可靠、低效率及高成本的缺点：1、不同应用条件下，需要对RC参数做实时调整，比较麻烦；2、RC放电有个特点，就是开始时刻最快，dv/dt最大，然后随时间变慢，会造成总的关闭时间变长，这样很难在小的dv/dt和短的关闭时间之间做折中；3、增加PCB面积和BOM成本。

实用新型内容

鉴于此，有必要提供一种基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统，通过集成芯片的方式在IGBT发生短路时，能够可靠且高效的进行软关断，同时节约开发成本。

本实用新型为达上述目的所提出的技术方案如下：

一种基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统，用于与IGBT栅极连接，以在IGBT发生短路时提供软关断保护，所述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的漏极用于连接IGBT的栅极，所述MOS管Q1的源极接地，所述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统还包括：

电压获取模块，所述电压获取模块的输入端与所述MOS管Q1的漏极电连接，所述电压获取模块用于在所述IGBT发生短路时获取所述IGBT的栅极电压，并根据所述IGBT的栅极电压输出第一电压信号；

电压参考模块，所述电压参考模块用于产生具有理想下降波形的第二电压信号；

比较控制模块，所述比较控制模块的输入端与所述电压获取模块的输出端及所述电压参考模块的输出端电连接，所述比较控制模块的输出端电连接至所述MOS管Q1的栅极，所述比较控制模块用于将所述第一电压信号与所述第二电压信号进行比较，并根据比较结果输出对应的控制信号；

当所述第一电压信号大于所述第二电压信号时，所述比较控制模块输出第一输出信号至所述IGBT的栅极，以控制所述MOS管Q1导通，进而使得所述IGBT的栅极电压对地放电而减小；

当所述第一电压信号小于或等于所述第二电压信号时，所述比较控制模块输出第二输出信号至所述IGBT的栅极，以控制所述MOS管Q1截止，进而使得所述IGBT的栅极电压停止对地放电而保持不变。

进一步地，所述比较控制模块包括比较放大单元，所述比较放大单元的输入端与所述电压获取模块的输出端及所述电压参考模块的输出端电连接，所述比较放大单元用于对所述第一电压信号及所述第二电压信号的电压大小进行比较，并根据比较结果产生对应的电压信号，所述比较放大单元还用于对产生的电压信号进行放大处理。

进一步地，所述比较控制模块还包括控制单元，所述控制单元的输入端与所述比较放大单元的输出端电连接，所述控制单元用于根据所述比较放大单元放大处理后的电压信号产生对应的控制信号。

进一步地，所述比较控制模块还包括功率输出单元，所述功率输出单元的输入端与所述控制单元的输出端电连接，所述功率输出单元的输出端与所述MOS管Q1的栅极电连接，所述功率输出单元用于对所述控制单元产生的控制信号进行功率转换，以产生所述第一输出信号或所述第二输出信号。

上述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统通过电压获取模块持续获取的IGBT的栅极电压，并根据获取的栅极电压输出第一电压信号；又通过比较控制模块将所述第一电压信号与一具有理想下降波形的第二电压信号进行比较，以在所述第一电压信号大于所述第二电压信号时控制连接于所述IGBT栅极的MOS管导通，以使得所述IGBT的栅极电压放电而减小；以及在所述第一电压信号小于或等于所述第二电压信号时控制所述MOS管截止，以使得所述IGBT的栅极电压停止对地放电而保持不变。如此一来，可保证所述IGBT在发生短路时，IGBT的栅极电压能以理想速率下降，直至关断所述IGBT，实现IGBT可靠的软关断保护。本实用新型技术在IGBT短路后能够可靠且高效地关断IGBT，同时节约开发成本。

附图说明

图1是本实用新型基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统的一较佳实施方式的示意图。

图2是图1中比较控制模块的一较佳实施方式的方框示意图。

主要元件符号说明

基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统 100

电压获取模块 10

电压参考模块 20

比较控制模块 30

比较放大单元 32

控制单元 34

功率输出单元 36

MOS管 Q1

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参考图1，本实用新型提供一种基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统100。在本实施方式中，所述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统100可应用于IGBT栅极驱动芯片中，用于与IGBT栅极连接，以在IGBT发生短路时提供可靠地软关断保护。

在本实施方式中，所述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统100包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的漏极用于连接IGBT的栅极，所述MOS管Q1的源极接地。所述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统100还包括电压获取模块10、电压参考模块20及比较控制模块30。

所述电压获取模块10的输入端与所述MOS管Q1的漏极电连接，所述电压获取模块10的输出端与所述比较控制模块30的输入端电连接。所述电压参考模块20的输出端与所述比较控制模块30的输入端电连接。所述比较控制模块30的输出端与所述MOS管Q1的栅极电连接。

所述电压获取模块10用于在所述IGBT发生短路时获取所述MOS管Q1的漏极电压(即IGBT的栅极电压)，并根据所述IGBT的栅极电压输出第一电压信号。具体而言，所述电压获取模块10将所述IGBT的栅极的高电压域降到低电压域，以得到能够反映所述IGBT的栅极电压大小的第一电压信号。

所述电压参考模块20用于产生具有理想下降波形的第二电压信号。

所述比较控制模块30用于将所述第一电压信号与所述第二电压信号进行比较，并根据比较结果输出对应的控制信号。

当所述第一电压信号大于所述第二电压信号时，所述比较控制模块30输出第一输出信号至所述IGBT的栅极，以控制所述MOS管Q1导通，进而使得所述IGBT的栅极电压对地放电而减小。

当所述第一电压信号小于或等于所述第二电压信号时，所述比较控制模块30输出第二输出信号至所述IGBT的栅极，以控制所述MOS管Q1截止，进而使得所述IGBT的栅极电压停止对地放电而保持不变。

由于所述IGBT的栅极电压的下降，所述电压获取模块10输出的第一电压信号也将对应跟着下降，若所述第一电压信号下降的速度比所述第二电压信号的信号下降的速度快，使得某时刻所述第一电压信号等于或小于所述第二电压信号时，所述比较控制模块30将输出第二输出信号，以控制所述MOS管Q1截止，所述IGBT的栅极电压将停止对地进行放电而保持不变。又由于所述第二电压信号为下降波形，因此待所述第二电压信号下降至小于所述第一电压信号时，将重复上述过程。如此一来，可保证所述IGBT在发生短路时，IGBT的栅极电压能以预设速率(第二电压信号的下降速率)下降，直至关断所述IGBT，实现IGBT可靠的软关断保护。

请参考图2，在本实施方式中，所述比较控制模块30包括比较放大单元32、控制单元34及功率输出单元36。

所述比较放大单元32的输入端与所述电压获取模块10的输出端及所述电压参考模块20的输出端电连接。所述比较放大单元32用于对所述第一电压信号及所述第二电压信号的电压大小进行比较，并根据比较结果产生对应的电压信号。所述比较放大单元32还用于对产生的电压信号进行放大处理。

所述控制单元34的输入端与所述比较放大单元32的输出端电连接。所述控制单元34用于根据所述比较放大单元32放大处理后的电压信号产生对应的控制信号。

所述功率输出单元36的输入端与所述控制单元34的输出端电连接，所述功率输出单元36的输出端与所述MOS管Q1的栅极电连接。所述功率输出单元36用于对所述控制单元34产生的控制信号进行功率转换，以产生所述第一输出信号或所述第二输出信号。

上述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统通过电压获取模块10持续获取的IGBT的栅极电压，并根据获取的栅极电压输出第一电压信号；又通过比较控制模块30将所述第一电压信号与一具有理想下降波形的第二电压信号进行比较，以在所述第一电压信号大于所述第二电压信号时控制连接于所述IGBT栅极的MOS管Q1导通，以使得所述IGBT的栅极电压放电而减小；以及在所述第一电压信号小于或等于所述第二电压信号时控制连接于所述IGBT栅极的MOS管Q1截止，以使得所述IGBT的栅极电压停止对地放电而保持不变。如此一来，可保证所述IGBT在发生短路时，IGBT的栅极电压能以理想速率下降，直至关断所述IGBT，实现IGBT可靠的软关断保护。本实用新型技术在IGBT短路后能够可靠且高效地关断IGBT，同时节约开发成本。

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

Claims (4)

1.一种基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统，用于与IGBT栅极连接，以在IGBT发生短路时提供软关断保护，其特征在于，所述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的漏极用于连接IGBT的栅极，所述MOS管Q1的源极接地，所述基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统还包括：

电压获取模块，所述电压获取模块的输入端与所述MOS管Q1的漏极电连接，所述电压获取模块用于在所述IGBT发生短路时获取所述IGBT的栅极电压，并根据所述IGBT的栅极电压输出第一电压信号；

电压参考模块，所述电压参考模块用于产生具有理想下降波形的第二电压信号；

比较控制模块，所述比较控制模块的输入端与所述电压获取模块的输出端及所述电压参考模块的输出端电连接，所述比较控制模块的输出端电连接至所述MOS管Q1的栅极，所述比较控制模块用于将所述第一电压信号与所述第二电压信号进行比较，并根据比较结果输出对应的控制信号；

当所述第一电压信号大于所述第二电压信号时，所述比较控制模块输出第一输出信号至所述IGBT的栅极，以控制所述MOS管Q1导通，进而使得所述IGBT的栅极电压对地放电而减小；

当所述第一电压信号小于或等于所述第二电压信号时，所述比较控制模块输出第二输出信号至所述IGBT的栅极，以控制所述MOS管Q1截止，进而使得所述IGBT的栅极电压停止对地放电而保持不变。

2.根据权利要求1所述的基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统，其特征在于，所述比较控制模块包括比较放大单元，所述比较放大单元的输入端与所述电压获取模块的输出端及所述电压参考模块的输出端电连接，所述比较放大单元用于对所述第一电压信号及所述第二电压信号的电压大小进行比较，并根据比较结果产生对应的电压信号，所述比较放大单元还用于对产生的电压信号进行放大处理。

3.根据权利要求2所述的基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统，其特征在于，所述比较控制模块还包括控制单元，所述控制单元的输入端与所述比较放大单元的输出端电连接，所述控制单元用于根据所述比较放大单元放大处理后的电压信号产生对应的控制信号。

4.根据权利要求3所述的基于IGBT栅极驱动芯片的软关断系统，其特征在于，所述比较控制模块还包括功率输出单元，所述功率输出单元的输入端与所述控制单元的输出端电连接，所述功率输出单元的输出端与所述MOS管Q1的栅极电连接，所述功率输出单元用于对所述控制单元产生的控制信号进行功率转换，以产生所述第一输出信号或所述第二输出信号。

Images