一種基于窄脈沖解調(diào)的自儲能igbt驅(qū)動電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種驅(qū)動電路，特別涉及一種基于窄脈沖解調(diào)的自儲能IGBT驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有電壓驅(qū)動，輸入阻抗高，飽和電壓低，耐壓高及電流大等優(yōu)點(diǎn)，能工作于較高的開關(guān)頻率，在電力電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。為保證IGBT的工作穩(wěn)定性和輸出性能，性能良好的IGBT驅(qū)動電路是至關(guān)重要的。驅(qū)動電路連接了處于低電位的控制電路和處于高電位的IGBT柵極，其高電壓隔離環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是影響到整個(gè)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)思想的重要因素之一；另外，驅(qū)動波形中的反向偏置柵壓是保證IGBT可靠關(guān)斷的重要措施，在高壓大電流工作情況下尤其重要。
[0003]現(xiàn)有的技術(shù)方案通常采用脈沖變壓器來實(shí)現(xiàn)高電壓隔離，脈沖變壓器可傳輸正電壓脈沖和負(fù)電壓脈沖，易于在IGBT關(guān)斷時(shí)使其柵極處于反壓偏置狀態(tài)，且在傳輸脈沖信號的同時(shí)傳輸能量，并具有隔離電壓高、傳輸延遲小、可擴(kuò)展性良好的特點(diǎn)，但其傳輸能力也受到驅(qū)動信號脈沖寬度和脈沖占空比的限制。另外一項(xiàng)技術(shù)方案一般采用脈沖調(diào)制方式使脈沖變壓器只傳輸窄脈沖信號，之后在變壓器副邊采用脈沖解調(diào)方式產(chǎn)生寬脈沖IGBT驅(qū)動信號，但在脈沖解調(diào)環(huán)節(jié)還需要額外提供高壓隔離輔助直流電源為IGBT驅(qū)動提供能量。有文獻(xiàn)提出一種將脈沖變壓器傳輸?shù)恼}沖信號解調(diào)為寬脈沖IGBT驅(qū)動信號，且不需要高壓隔離輔助直流電源的IGBT驅(qū)動電路設(shè)計(jì)思路，但其沒有給出在IGBT關(guān)斷時(shí)使柵極產(chǎn)生反壓偏置的措施，導(dǎo)致IGBT關(guān)斷速度較慢，驅(qū)動波形控制不精確，在集電極電流較大時(shí)關(guān)斷可靠性降低。
[0004]目前通用的IGBT驅(qū)動電路，一般存在脈沖變壓器體積較大、傳輸脈沖占空比受限、需要高壓隔離輔助直流電源及無反向偏置柵壓等問題中一個(gè)或者多個(gè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:提供一種關(guān)斷可靠性高的IGBT驅(qū)動電路。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:所述的電路包括信號發(fā)生電路1、功率放大電路2、高壓隔離電路3、脈沖展寬電路4、過流保護(hù)電路5和比較器電路6，信號發(fā)生電路I的輸出信號為兩路窄脈沖信號，信號發(fā)生電路I的信號輸出端、功率放大電路2、高壓隔離電路3、脈沖展寬電路4、以及IGBT的柵極依次連接，比較器電路6的輸出端與過流保護(hù)電路5的輸入端連接，過流保護(hù)電路5的輸出端與信號發(fā)生電路I的輸入端連接。
[0007]作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，功率放大電路2采用的是橋式推挽電路。
[0008]作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的橋式推挽電路包括兩組NPN型和PNP型三極管組合，每組中NPN型三極管的基極和發(fā)射極分別與PNP型三極管的基極和發(fā)射極連接，三極管組合的基極作為輸入端與信號發(fā)生電路連接，三極管組合的發(fā)射極作為輸出端與高壓隔離電路連接。
[0009]作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，高壓隔離電路3采用了脈沖變壓器方式。
[0010]作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，脈沖展寬電路包括全橋整流電路、電容、電阻和P溝道場效應(yīng)管，全橋整流電路的輸入端與高壓隔離電路3的第一副邊連接、全橋整流電路的負(fù)端與地連接，正端通過電阻與電容Cll連接；電容Cll的負(fù)端與地連接，正端通過P溝道場效應(yīng)管和IGBT的柵極連接；脈沖展寬電路與高壓隔離電路的第二副邊連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出一種采用高壓隔離脈沖變壓器傳輸窄脈沖，然后采用脈沖展寬電路實(shí)現(xiàn)寬脈沖驅(qū)動信號的IGBT驅(qū)動電路，無需高壓隔離輔助直流電源，且具有信號產(chǎn)生電路和過流保護(hù)電路耦合設(shè)計(jì)，IGBT正常關(guān)斷和過流保護(hù)關(guān)斷時(shí)柵極反壓偏置的特點(diǎn)，提高了在集電極電流較大時(shí)的關(guān)斷可靠性。
【附圖說明】
[0012]圖1為驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為驅(qū)動電路脈沖波形示意圖；
[0014]圖3為脈沖Turn-on和Turn-off產(chǎn)生電路圖；
[0015]圖4為脈沖展寬電路圖；
[0016]圖5為脈沖展寬電路工作狀態(tài)；
[0017]圖6為脈沖展寬電路波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]如圖1所示，一種基于窄脈沖解調(diào)的自儲能IGBT驅(qū)動電路，它包括信號發(fā)生電路1、功率放大電路2、高壓隔離電路3、脈沖展寬電路4、過流保護(hù)電路5和比較器電路6，如圖1所示。信號發(fā)生電路I的第一信號輸出端和功率放大電路2的第一信號輸入端連接，信號發(fā)生電路I的第二信號輸出端和功率放大電路2的第二信號輸入端連接，功率放大電路2的第一信號輸出端和高壓隔離電路3的第一信號輸入端連接，功率放大電路2的第二信號輸出端和高壓隔離電路3的第二信號輸入端連接，高壓隔離電路3的信號輸出端與脈沖展寬電路4的信號輸入端連接，脈沖展寬電路4的輸出端與IGBT的柵極連接。比較器電路6的輸出端與過流保護(hù)電路5的輸入端連接，過流保護(hù)電路5的輸出端與信號發(fā)生電路I的輸入端連接。
[0020]驅(qū)動電路產(chǎn)生的波形示意圖如圖2所示，其中^和P _是信號發(fā)生電路I產(chǎn)生的兩路脈沖信號，&為高壓隔離電路3輸入端或輸出端的脈沖信號，P <；為施加到IGBT柵極的驅(qū)動信號，P。。為過流保護(hù)電5路輸出的脈沖信號，當(dāng)過流情況發(fā)生時(shí)，在？％信號的作用下，PQFF、？7及Pt；信號中脈沖的相位都會發(fā)生一定的變化，從而在短路發(fā)生瞬間快速關(guān)斷IGBT，避免其損壞。信號發(fā)生電路I產(chǎn)生與控制信號同頻率的兩路窄脈沖信號，分別為信號PON和信號POFF ;功率放大電路2用于將信號PON和信號POFF實(shí)現(xiàn)橋式功率放大，輸出信號PT至IJ高壓隔離電路3，脈沖展寬電路4用于將高壓隔離電路3的輸出信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號PG ;過流情況發(fā)生后，比較器電路6輸出信號POC至過流保護(hù)電路5，過流保護(hù)電路5輸出信號至信號發(fā)生電路I，使其在信號POFF上額外輸出一個(gè)窄脈沖，圖中虛線所示，從而信號PT上額外產(chǎn)生一個(gè)脈沖，最終信號PG額外輸出一個(gè)負(fù)脈沖。
[0021]圖3所示為信號發(fā)生電路1、功率放大電路2、高壓隔離電路3和過流保護(hù)電路5的電路圖。其中信號發(fā)生電路I主要包含集成電路CD4098及部分電阻電容元件；功率放大電路2主要由三極管組成；高壓隔離電路3采用了脈沖變壓器方式，且為電壓源型脈沖變壓器；過流保護(hù)電路5主要由三極管及部分電容電阻組成。
[0022]圖4所示為脈沖展寬電路圖，由電阻、電容、二級管、三極管、穩(wěn)壓管和場效應(yīng)管等無源元件組成。脈沖展寬電路4在Pl3Jlj來時(shí)快速開通IGBT，在P _脈沖到來時(shí)快速關(guān)斷IGBT,且其具有儲存輸入脈沖能量的功能，在PJtW以及P _脈沖期間儲存能量，在P Jt沖和P-脈沖之間向IGBT柵極供電，在P _脈沖結(jié)束后停止充放電過程。
[0023]圖5所示為脈沖展寬電路4在Turn-on脈沖階段、脈沖展寬階段、Turn-off脈沖階段和Turn-off脈沖之后四個(gè)工作階段時(shí)的電路流向圖。
[0024]圖6為采用PSpice軟件仿真得到的脈沖展寬電路4中電容Cll的電壓波形及輸出到IGBT柵極的電壓波形。可見，在脈沖變壓器輸出信號中Turn-on脈沖的上升沿到來后，IGBT柵極電壓波形由零電壓迅速上升到正電壓，使IGBT導(dǎo)通，電容Cll處于充電狀態(tài)，在Turn-on脈沖結(jié)束后，電容Cll處于放電狀態(tài)，柵極電壓波形維持在高電壓，IGBT也維持導(dǎo)通。Turn-off脈沖到來后，電容Cl I又處于充電狀態(tài)，但I(xiàn)GBT柵極電壓迅速由正變負(fù)，可靠關(guān)斷IGBT。Turn-off脈沖結(jié)束后，電容Cll結(jié)束充電狀態(tài)，此時(shí)，IGBT柵極由負(fù)電壓緩慢變化到零，有效抑制了脈沖變壓器磁芯反向恢復(fù)造成的電壓振蕩。
[0025]信號發(fā)生電路I產(chǎn)生與控制信號同頻率的