一種igbt驅(qū)動(dòng)門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種IGBT驅(qū)動(dòng)門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大功率IGBT應(yīng)用的日益廣泛，IGBT門極上升沿和下降沿控制技術(shù)日益受到重視，即在IGBT門極上施加可以調(diào)整的驅(qū)動(dòng)電壓波形，對(duì)于IGBT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程進(jìn)行控制，以達(dá)到所需要的開(kāi)通關(guān)斷要求。
[0003]由于IGBT的開(kāi)通關(guān)斷速度極快，其有效的開(kāi)關(guān)時(shí)間一般在Ius時(shí)間以內(nèi)，同時(shí)其開(kāi)通關(guān)斷電流的峰值也高達(dá)數(shù)安培。因此需要驅(qū)動(dòng)電壓波形在一個(gè)Ius時(shí)間之內(nèi)完成多個(gè)電平的切換，即需要每個(gè)電平從觸發(fā)到的投入時(shí)間在10ns以內(nèi)，同時(shí)每個(gè)階段的電流需要達(dá)到數(shù)安培。傳統(tǒng)的方案是通過(guò)功放電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如甲類、乙類或者甲乙類功放電路，但是由于IGBT開(kāi)通時(shí)間很短，需要的環(huán)路帶寬和響應(yīng)速度極高，無(wú)法滿足要求；同時(shí)此類放大電路為模擬控制電路，抗干擾能力差。
[0004]在進(jìn)行上升沿及下降沿控制過(guò)程中需要電平的切換，目前的電平轉(zhuǎn)換電路一般采用推挽或者邏輯電平轉(zhuǎn)換芯片，但是邏輯電平轉(zhuǎn)換芯片速度較慢，一般為us甚至毫秒級(jí)，不滿足要求。推挽電路需要采用正負(fù)電平控制，和數(shù)字控制信號(hào)電平不兼容，需要進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換；另外，推挽電路中需要采用PNP三極管或者PMos，由物理定律可知此類器件的速度比NMos要慢三倍，不滿足要求。
[0005]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01420355245.1公開(kāi)了一種數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離的IGBT驅(qū)動(dòng)放大電路，包括固定頻率電壓輸出電路(即PWM信號(hào)輸出電路)，通過(guò)一種高性能固定頻率電流型控制器，產(chǎn)生推挽驅(qū)動(dòng)信號(hào)，隔離變壓器，由推挽電路輸出端連接到變壓器的初級(jí)圈，光耦隔離電路，使控制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離放大。這種結(jié)構(gòu)的電路就存在上述分析中提到的推挽電路需要采用正負(fù)電平控制且需進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換和采用PNP三極管或者PMos速度慢的問(wèn)題；另外，該電路中門極驅(qū)動(dòng)電壓(包括負(fù)電壓、正電壓)也為定值，無(wú)法在開(kāi)通或關(guān)斷的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓的調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種IGBT驅(qū)動(dòng)門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路，以解決現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動(dòng)電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)門極驅(qū)動(dòng)電壓可調(diào)的問(wèn)題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種IGBT驅(qū)動(dòng)門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路，包括一組輸出端并聯(lián)的正電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路和一組輸出端并聯(lián)的負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路，各正電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對(duì)應(yīng)不同數(shù)值的正電平，各負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對(duì)應(yīng)不同數(shù)值的負(fù)電平，且各驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的輸入端與對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)端連接，各驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的輸出端均用于與IGBT門極連接。
[0008]所述驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路包括電平轉(zhuǎn)換和放大電路及與對(duì)應(yīng)數(shù)值的電平連接的開(kāi)關(guān)管，所述電平轉(zhuǎn)換和放大電路的信號(hào)輸入端與用于觸發(fā)開(kāi)關(guān)管的數(shù)字輸入信號(hào)端連接，其輸出端與開(kāi)關(guān)管的控制端連接。
[0009]每個(gè)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的輸出端均通過(guò)對(duì)應(yīng)的二極管并聯(lián)。
[0010]所述電平轉(zhuǎn)換和放大電路包括穩(wěn)壓管和NMos管，所述穩(wěn)壓管的陰極用于與數(shù)字信號(hào)輸入端連接，其陽(yáng)極與NMos管的柵極連接，且NMos管的柵極通過(guò)關(guān)斷電阻與其源極相連后接負(fù)電平端，其漏極用于與正電平端和開(kāi)關(guān)管的控制極連接。
[0011]所述穩(wěn)壓管為TVS管。
[0012]所述開(kāi)關(guān)管為三極管。
[0013]每個(gè)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)端還連接有緩沖電路。
[0014]本發(fā)明的IGBT驅(qū)動(dòng)門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路由多個(gè)正、負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路構(gòu)成，每個(gè)單電路可以按照需要，輸出不同電壓，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓的調(diào)整，并將傳統(tǒng)的模擬控制改為數(shù)字控制，抗干擾性能好，同時(shí)可以按照要求擴(kuò)展所需的電平數(shù)。
[0015]將不同的電壓之間通過(guò)二極管并聯(lián)的方式進(jìn)行電平切換，可以實(shí)現(xiàn)多電平電壓輸出合成驅(qū)動(dòng)上升沿，即通過(guò)控制多個(gè)電平的投入切除來(lái)控制IGBT開(kāi)通和關(guān)斷的波形，控制電平的轉(zhuǎn)換只需要相應(yīng)電平投入即可，不需要其余電平切除，因此可以用低頻信號(hào)合成高頻信號(hào)，解決了高頻窄脈沖產(chǎn)生的難題，同時(shí)利用肖特基二極管可以快速投入、切除，其投入、切除時(shí)間在5ns以內(nèi)。
[0016]三極管開(kāi)關(guān)控制的方式進(jìn)行電平切換能使三極管處于飽和或者截至狀態(tài)，損耗低。
[0017]采用TVS管和NMos構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換和放大電路控制三極管導(dǎo)通和關(guān)斷，TVS管的電平轉(zhuǎn)換速度非常快；同時(shí)放棄PMos，全部采用NMos和電阻構(gòu)成第二級(jí)電平轉(zhuǎn)換和放大電路，實(shí)現(xiàn)正負(fù)電平切換。由于全部采用NMos進(jìn)行，其開(kāi)通關(guān)斷速度很快，可以做到15ns時(shí)間以內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的電路圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的電路圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。如圖1所示為本發(fā)明IGBT驅(qū)動(dòng)門極上升、下降沿電壓可調(diào)控制電路的原理結(jié)構(gòu)圖，由圖可知，該電路包括一組輸出端并聯(lián)的正電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路和一組輸出端并聯(lián)的負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路，各正電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對(duì)應(yīng)不同數(shù)值的正電平，各負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路用于輸出所連接的對(duì)應(yīng)不同數(shù)值的負(fù)電平，且各驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的輸入端與對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)端連接，各驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的輸出端均用于與IGBT門極連接。
[0023]由于各驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)定的不同數(shù)值的電平，而每個(gè)電平都由獨(dú)立的數(shù)字I/o信號(hào)進(jìn)行控制，通過(guò)每次投入或者切除一個(gè)或者多個(gè)電平實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓的調(diào)整，即可以達(dá)到在Ius時(shí)間內(nèi)完成多個(gè)電平切換。
[0024]其中各驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路有多種實(shí)現(xiàn)形式，可以采用常規(guī)的多個(gè)固定電壓的IGBT驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用其他方式。
[0025]如圖2所示，本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路包括電平轉(zhuǎn)換和放大電路及與對(duì)應(yīng)數(shù)值的電平連接的開(kāi)關(guān)管，電平轉(zhuǎn)換和放大電路的信號(hào)輸入端與用于觸發(fā)開(kāi)關(guān)管的數(shù)字輸入信號(hào)端連接，其輸出端與開(kāi)關(guān)管的控制端連接。
[0026]另外，本實(shí)施例將每個(gè)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的輸出端均通過(guò)對(duì)應(yīng)的二極管進(jìn)行并聯(lián)，每個(gè)單電路可以按照需要，輸出不同電壓，不同的電壓之間通過(guò)肖特基二極管進(jìn)行并聯(lián)，可以起到取最大輸出電壓的目的，即可以完成輸出電壓的電平切換，如圖2所示。
[0027]采用電平轉(zhuǎn)換和放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)大電流輸出，滿足IGBT開(kāi)通關(guān)斷所需的數(shù)安培電流的輸出。其中電平轉(zhuǎn)換和放大電路也有多種實(shí)現(xiàn)形式，這里不一一列舉，下面只提供一種方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0028]電平轉(zhuǎn)換和放大電路包括穩(wěn)壓管和NMos管，穩(wěn)壓管的陰極用于通過(guò)Mos驅(qū)動(dòng)電阻與數(shù)字信號(hào)輸入端連接，其陽(yáng)極與NMos管的柵極連接，且NMos管的柵極通過(guò)關(guān)斷電阻與其源極相連后接負(fù)電平端，其漏極用于與正電平端和開(kāi)關(guān)管的控制極連接。
[0029]本實(shí)施例的穩(wěn)壓管采用TVS管，由于TVS管的擊穿時(shí)間為Ips (皮秒)，可以實(shí)現(xiàn)快速的電平轉(zhuǎn)換。
[0030]開(kāi)關(guān)管選用三極管，其中正電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的開(kāi)關(guān)管為NPN型三極管，負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的開(kāi)關(guān)管為PNP型三極管，三極管的基極(即控制極)與NMos管的漏極連接，其集電極與對(duì)應(yīng)不同數(shù)值的正、負(fù)電平連接，其發(fā)射極為輸出端，且其基極通過(guò)對(duì)應(yīng)電阻與正電平端連接。當(dāng)然，這里的開(kāi)關(guān)管也不局限于使用三極管，采用分立元件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路或者其他具有開(kāi)關(guān)功能的開(kāi)