專利名稱:一種igbt驅(qū)動與保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型屬于電力電子技術(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M0SFET的優(yōu)點于一身,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,廣泛應(yīng)用于小體積、高效率的變頻電源、電機調(diào)速、UPS及逆變焊機當(dāng)中,IGBT的驅(qū)動和保護是其應(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、集電極過壓保護。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(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現(xiàn)掉電保護,IGBT不會被誤開通的IGBT驅(qū)動與保護電路的技術(shù)方案。[0005] 本實用新型采用以下技術(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,所述共射放大電路段有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,其內(nèi)部包含上述IGBT驅(qū)動與保護電路。[0012] 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;但是,現(xiàn)有技術(shù)存在IGBT柵極驅(qū)動電路設(shè)計上的不合理,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,因本實用新型在所述共射放大電路與P麗信號輸入端之間連接有一個NPN三極管(Ql),所述P麗信號輸入端從
3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、柵極保護、集電極過壓保護功能。是一種可靠,穩(wěn)定的IGBT驅(qū)動電路。 圖2給出了本實用新型的一種優(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的具有柵極保護和過電壓保護功能的驅(qū)動電路;保護更全面,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。[0015] 圖2為本實用新型實施例一 IGBT驅(qū)動電路。[0016] 圖3為本實用新型實施例二 IGBT驅(qū)動電路。[0017] 圖4為本實用新型IGBT驅(qū)動信號波形圖。[0018] 圖5為本實用新型IGBT關(guān)斷過程VCE波形圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的實施情況,但它們并不構(gòu)成對本實用新型的限定,僅作舉例。同時通過說明本實用新型的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。[0020] 實施例一 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)動和保護三個部分。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IGBT的柵極不受過電壓損壞;電容Cl并聯(lián)在IGBTQ0的發(fā)射極和集電極之間,抑制IGBT的開通時集電極的尖峰電壓。 P麗信號一般為單片機或DSP發(fā)出,用于控制IGBT的通斷;由于單片機的供電(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,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)VG達(dá)到IGBT的開通閾值Vth時,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,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。因為電路中分布電感的存在,加之IGBT的開關(guān)速度較高,當(dāng)IGBT關(guān)斷時及與之并接的反向恢復(fù)二極管逆向恢復(fù)時,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。[0024] 實施例二 針對實施例一的上述不足之處,在實施例一的基礎(chǔ)上改進為實施例二。如圖3 :在圖2所示的實施例一的基礎(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Cl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,保護柵極不被損壞。[0026] 圖5為本實用新型IGBT關(guān)斷過程V^波形圖。當(dāng)IGBT關(guān)斷時,IGBT的集電極的電壓VcF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進行過壓保護。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C1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)斷時的EMI輻射。電容Cl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。 以上兩個實施例都具有掉電保護功能,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,本實用新型具有以下功能 1、通過NPN三極管Q1實現(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)斷時間。 4、通過穩(wěn)壓管Dl進行柵極保護。 5、通過電容Cl進行集電極的尖峰吸收,進行過壓保護。[0035] 6、電路具有掉電保護功能。 本實用新型通過簡單的分立元件,可對IGBT進行可靠穩(wěn)定的驅(qū)動,同時實現(xiàn)掉電保護、柵極保護、集電極過壓保護功能;電路簡單,成本低,可取代成本較高的驅(qū)動芯片。[0037] 當(dāng)然,也可依據(jù)本實用新型的技術(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)動與保護電路,其特征在于所述共射放大電路由一個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任一項所述的IGBT驅(qū)動與保護電路,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任一項所述的IGBT驅(qū)動與保護電路,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,其特征在于其內(nèi)部包含如權(quán)利要求1至3任一項所述的IGBT驅(qū)動與保護電路。
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)。
專利摘要本實用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域,提供一種有效實現(xiàn)掉電保護,不會被誤開通的IGBT驅(qū)動與保護電路;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、柵極保護、集電極過壓保護功能,是一種穩(wěn)定可靠的IGBT驅(qū)動電路。
文檔編號H03K17/08GK201528324SQ200920273330
公開日2010年7月14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, 張和君, 牛濤 申請人:寧波德斯科電子科技有限公司