專利名稱：一種igbt驅(qū)動與保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及到絕緣柵雙極晶體管IGBT的驅(qū)動與保護(hù)電 路。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管IGBT集功率晶體管和功率場效應(yīng)管MOSFET的優(yōu)點(diǎn)于一身，具 有易于驅(qū)動、峰值電流容量大、自關(guān)斷、開關(guān)頻率高(10-50kHz)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于小體 積、高效率的變頻電源、電機(jī)調(diào)速、UPS及逆變焊機(jī)當(dāng)中，IGBT的驅(qū)動和保護(hù)是其應(yīng)用中的 關(guān)鍵技術(shù)。 現(xiàn)有技術(shù)一般的IGBT驅(qū)動電路如圖l，在掉電保護(hù)方面不夠完善；當(dāng)P麗信號端 出現(xiàn)掉電的情況，IGBT會被誤開通；而且缺乏柵極保護(hù)、集電極過壓保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種有效實(shí)現(xiàn)掉電保 護(hù)，IGBT不會被誤開通的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路的技術(shù)方案。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題 —種IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路，包括共射放大電路、推挽驅(qū)動電路與IGBT，所述共射 放大電路設(shè)有P麗信號輸入端，用于將所述P麗信號放大；所述推挽驅(qū)動電路設(shè)有VDD電源 輸入端，用于接受VDD電源供電；其特征在于在所述共射放大電路與P麗信號輸入端之間 連接有一個(gè)NPN三極管(Q1)，所述P麗信號輸入端從其發(fā)射極引出，其基極經(jīng)過電阻(Rl) 后，設(shè)置有VCC電源輸入端，用于接受VCC電源供電；其集電極經(jīng)過電阻(R2)后，連接至所 述VDD電源輸入端。 所述共射放大電路由一個(gè)NPN三極管(Q2)與電阻(R3)連接組成，所述NPN三極 管(Q2)的基極連接至所述NPN三極管(Ql)的集電極。 所述推挽驅(qū)動電路包括NPN三極管(Q3) 、 PNP三極管(Q4)，其基極各自連接有電 阻(R4、R5)，其發(fā)射極各自連接有電阻(R6、R7)，電阻(R8)并聯(lián)在所述IGBT的柵極和發(fā)射 極之間。 作為優(yōu)先方案，在所述IGBT的柵極和發(fā)射極之間以并聯(lián)方式連接有電阻(R8)與 穩(wěn)壓管(Dl)。 作為進(jìn)一步的優(yōu)先方案，在所述IGBT的發(fā)射極和集電極之間以并聯(lián)方式連接有 電容(Cl)。 —種芯片，用于IGBT驅(qū)動與保護(hù)，其內(nèi)部包含上述IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路。
IGBT具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好驅(qū)動電路簡單、通態(tài)電壓低、耐 壓高和承受電流大等優(yōu)點(diǎn)；但是，現(xiàn)有技術(shù)存在IGBT柵極驅(qū)動電路設(shè)計(jì)上的不合理，影響 IGBT良好特性的發(fā)揮，制約著IGBT的推廣及應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，因本發(fā)明在所述共射 放大電路與P麗信號輸入端之間連接有一個(gè)NPN三極管(Ql)，所述P麗信號輸入端從其發(fā)射極引出，其基極經(jīng)過電阻(Rl)后，設(shè)置有VCC電源輸入端，用于接受VCC電源供電；其集 電極經(jīng)過電阻(R2)后，連接至所述VDD電源輸入端；具有掉電保護(hù)、柵極保護(hù)、集電極過壓 保護(hù)功能。是一種可靠，穩(wěn)定的IGBT驅(qū)動電路。 圖2給出了本發(fā)明的一種優(yōu)選IGBT驅(qū)動電路，此電路解決了 一般分立元件驅(qū)動電 路在P麗信號端掉電后造成IGBT誤導(dǎo)通的問題，通過NPN三極管Q1實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，頻率 響應(yīng)高，能夠滿足IGBT的高速開關(guān)的要求；具有掉電保護(hù)功能；在此基礎(chǔ)上增加穩(wěn)壓管D1、 電容C1，形成圖3的具有柵極保護(hù)和過電壓保護(hù)功能的驅(qū)動電路；保護(hù)更全面，使得驅(qū)動電 路更加穩(wěn)定，IGBT在使用中失效率大大降低。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)IGBT驅(qū)動電路。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一 IGBT驅(qū)動電路。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例二 IGBT驅(qū)動電路。
圖4為本發(fā)明IGBT驅(qū)動信號波形圖。
圖5為本發(fā)明IGBT關(guān)斷過程Vce波形圉。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅 作舉例。同時(shí)通過說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。 實(shí)施例一 如圖2所示，IGBT驅(qū)動電路包括驅(qū)動信號的放大、推挽驅(qū)動和保護(hù)三個(gè) 部分。圖中，Q0為IGBT，是需要驅(qū)動的目標(biāo)。Q1、Q2、Q3為NPN三極管，Q4為PNP三極管。 P麗信號接入三極管Q1的發(fā)射極，三極管Q1的基極通過電阻R1上拉到電源VCC ;三極管Q1 的集電極通過電阻R2上拉到電源VDD，并與三極管Q2的基極相連；三極管Q2與電阻R3構(gòu) 成典型的共射極放大電路，是P麗信號的前級放大電路，并有電平轉(zhuǎn)換的功能；三極管Q3、 Q4為推挽驅(qū)動，由VDD供電，電阻R4、 R5分別接在三極管Q3、 Q4的基極，限制基極的電流； 電阻R6、 R7接在三極管的發(fā)射極，作用是調(diào)整IGBT的開通、關(guān)斷時(shí)間。電阻R8、穩(wěn)壓管Dl 并聯(lián)在IGBT Q0的柵極和發(fā)射極間，保護(hù)IGBT的柵極不受過電壓損壞；電容Cl并聯(lián)在IGBT Q0的發(fā)射極和集電極之間，抑制IGBT的開通時(shí)集電極的尖峰電壓。 P麗信號一般為單片機(jī)或DSP發(fā)出，用于控制IGBT的通斷；由于單片機(jī)的供電(圖 中的VCC) —般為5V、3. 3V或更低，P麗信號的高電平無法直接驅(qū)動IGBT，所以需要進(jìn)行電 平轉(zhuǎn)換，通過三極管Q1的電路，可將P麗信號的高電平轉(zhuǎn)換到VDD，VDD的大小根據(jù)IGBT的 柵極驅(qū)動電平選取，一般為15V。具體的波形圖見圖4。 P麗信號經(jīng)過Q1、Q2的反向放大后， 變?yōu)樾盘朧2高電平變?yōu)閂DD。信號V2經(jīng)過推挽Q3、Q4組成的推挽電路，電流進(jìn)一步放大， 電壓波形如VG所示。 三極管Q2構(gòu)成共射極放大電路，可以放大P麗信號的電流，放大倍數(shù)為A = R2/ R3。 Q3、Q4為推挽驅(qū)動，當(dāng)Q2關(guān)斷時(shí)，Q3導(dǎo)通、Q4關(guān)斷，電流從Q3的C級流向E級，經(jīng)電阻 R6給IGBT的柵極電容充電，當(dāng)Ve達(dá)到IGBT的開通閾值Vth時(shí)，IGBT開始導(dǎo)通，VG繼續(xù)充 電，直到VDD-VCEsat。由于三極管的飽和壓降VCEsat趨近于零，可認(rèn)為Ve = VDD。當(dāng)Q2開通 時(shí)，Q4導(dǎo)通、Q3關(guān)斷，電流經(jīng)電阻R7從Q4的E級流向C級，IGBT的柵極電容放電，Ve逐漸減小至Vc^t，可認(rèn)為此時(shí)Ve = 0。 —般情況下，IGBT的柵極-發(fā)射極驅(qū)動電壓Ve的保證值為士20V，如果IGBT柵 極_發(fā)射極之間電壓過高，超過柵極_發(fā)射極之間的耐壓值則IGBT可能永久性損壞；同樣， 如果加在IGBT集電極與發(fā)射極允許的電壓超過集電極-發(fā)射極之間的耐壓值，也會永久性 的破壞IGBT。因?yàn)殡娐分蟹植茧姼械拇嬖?，加之IGBT的開關(guān)速度較高，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)及 與之并接的反向恢復(fù)二極管逆向恢復(fù)時(shí)，就會產(chǎn)生很大的浪涌電壓Ldi/dt，威脅IGBT的安 全。以上所述為實(shí)施例一的不足之處；當(dāng)然，如能達(dá)到使用要求，其成本較低。
實(shí)施例二 針對實(shí)施例一的上述不足之處，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上改進(jìn)為實(shí)施例二。 如圖3 :在圖2所示的實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，增加穩(wěn)壓管D1并聯(lián)在柵極-發(fā)射極之間，增加電 容CI并聯(lián)在IGBT的集電極和發(fā)射極之間。也可采用二極管Dl單獨(dú)并聯(lián)在IGBT的集電極 和發(fā)射極之間的方案，或采用電容C1單獨(dú)并聯(lián)在IGBT的集電極和發(fā)射極之間的方案；只是 相應(yīng)功能有所欠缺。 如圖3 :二極管Dl是一個(gè)穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓值Vz高于VDD，低于Ve的允許的最大值。 若Ve出現(xiàn)超過柵極耐壓的尖峰，二極管Dl將Ve鉗位在穩(wěn)壓值Vz，保護(hù)柵極不被損壞。
圖5為本發(fā)明IGBT關(guān)斷過程VCE波形圖。當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，IGBT的集電極的電壓 VcE在關(guān)斷瞬間有明顯的尖峰電壓出現(xiàn)，使用電容Cl可吸收尖峰電壓，對IGBT進(jìn)行過壓保 護(hù)。如圖5所示，在未使用電容C1前，VCE尖峰電壓較高(粗線波形)，可能破壞IGBT，使用 電容CI后VCE的尖峰電壓明顯降低(細(xì)線波形)。尖峰電壓被吸收后，不僅可以保證IGBT 不被過壓損壞，還可減小IGBT在關(guān)斷時(shí)的EMI輻射。電容CI應(yīng)使用耐壓高、介質(zhì)損耗小的 薄膜電容。 當(dāng)然，在能達(dá)到使用要求的情況下，也可采用二極管D1單獨(dú)并聯(lián)在IGBT的集電極 和發(fā)射極之間的方案，或采用電容C1單獨(dú)并聯(lián)在IGBT的集電極和發(fā)射極之間的方案，以節(jié) 省成本。 以上兩個(gè)實(shí)施例都具有掉電保護(hù)功能，當(dāng)電源VCC掉電后，三極管Q2、 Q3、 Q4構(gòu)成 的電路能保證IGBT不會誤導(dǎo)通。當(dāng)電源VDD掉電后，電阻R8將IGBT的柵極短接到發(fā)射極， IGBT不會導(dǎo)通。 綜上所述，本發(fā)明具有以下功能 1、通過NPN三極管Q1實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，頻率響應(yīng)高，能夠滿足IGBT的高速開關(guān)的 要求。 2、推挽驅(qū)動可滿足IGBT的柵極需大電流驅(qū)動的要求。 3、可通過配置不同數(shù)值的電阻R6、R7，調(diào)整IGBT的開通、關(guān)斷時(shí)間。 4、通過穩(wěn)壓管Dl進(jìn)行柵極保護(hù)。 5、通過電容CI進(jìn)行集電極的尖峰吸收，進(jìn)行過壓保護(hù)。
6、電路具有掉電保護(hù)功能。 本發(fā)明通過簡單的分立元件，可對IGBT進(jìn)行可靠穩(wěn)定的驅(qū)動，同時(shí)實(shí)現(xiàn)掉電保 護(hù)、柵極保護(hù)、集電極過壓保護(hù)功能；電路簡單，成本低，可取代成本較高的驅(qū)動芯片。
當(dāng)然，也可依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，制作內(nèi)部電路簡單，成本相對較低的芯片。
權(quán)利要求
一種IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路，包括共射放大電路、推挽驅(qū)動電路與IGBT，所述共射放大電路設(shè)有PWM信號輸入端，用于將所述PWM信號放大；所述推挽驅(qū)動電路設(shè)有VDD電源輸入端，用于接受VDD電源供電；其特征在于在所述共射放大電路與PWM信號輸入端之間連接有一個(gè)NPN三極管(Q1)，所述PWM信號輸入端從其發(fā)射極引出，其基極經(jīng)過電阻(R1)后，設(shè)置有VCC電源輸入端，用于接受VCC電源供電；其集電極經(jīng)過電阻(R2)后，連接至所述VDD電源輸入端。
2. 如權(quán)利要求1所述的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路，其特征在于所述共射放大電路由一個(gè) NPN三極管(Q2)與電阻(R3)連接組成，所述NPN三極管(Q2)的基極連接至所述NPN三極 管(Ql)的集電極。
3. 如權(quán)利要求1所述的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路，其特征在于所述推挽驅(qū)動電路包括 NPN三極管(Q3)、PNP三極管(Q4)，其基極各自連接有電阻(R4、 R5)，其發(fā)射極各自連接有 電阻(R6、 R7)，電阻(R8)并聯(lián)在所述IGBT的柵極和發(fā)射極之間。
4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路，其特征在于在所述IGBT的 柵極和發(fā)射極之間以并聯(lián)方式連接有電阻(R8)與穩(wěn)壓管(Dl)。
5. 如權(quán)利要求4所述的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路，其特征在于在所述IGBT的發(fā)射極和 集電極之間以并聯(lián)方式連接有電容(Cl)。
6. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路，其特征在于在所述IGBT的 發(fā)射極和集電極之間以并聯(lián)方式連接有電容(Cl)。
7. —種芯片，用于IGBT驅(qū)動與保護(hù)，其特征在于其內(nèi)部包含如權(quán)利要求1至3任一 項(xiàng)所述的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路。
8. 如權(quán)利要求7所述的芯片，其特征在于在所述IGBT的柵極和發(fā)射極之間以并聯(lián)方 式連接有電阻(R8)與穩(wěn)壓管(Dl)。
9. 如權(quán)利要求8所述的芯片，其特征在于在所述IGBT的發(fā)射極和集電極之間以并聯(lián) 方式連接有電容(Cl)。
10. 如權(quán)利要求7所述的芯片，其特征在于在所述IGBT的發(fā)射極和集電極之間以并 聯(lián)方式連接有電容(Cl)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，提供一種有效實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)，不會被誤開通的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路；包括共射放大電路、推挽驅(qū)動電路與IGBT，前者設(shè)有PWM信號輸入端，用于將所述PWM信號放大；后者設(shè)有VDD電源輸入端，用于接受VDD電源供電；在共射放大電路與PWM信號輸入端之間連接有一個(gè)NPN三極管，PWM信號輸入端從其發(fā)射極引出，其基極經(jīng)過電阻后，設(shè)置有VCC電源輸入端，用于接受VCC電源供電；其集電極經(jīng)過電阻后，連接至VDD電源輸入端；具有掉電保護(hù)、柵極保護(hù)、集電極過壓保護(hù)功能，是一種穩(wěn)定可靠的IGBT驅(qū)動電路。
文檔編號H03K17/56GK101764595SQ20091022599
公開日2010年6月30日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者劉遠(yuǎn)進(jìn), 張和君, 牛濤 申請人:寧波德斯科電子科技有限公司