一種半橋igbt驅(qū)動電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型公開了一種半橋IGBT驅(qū)動電路，特別涉及一種脈沖頻率調(diào)制方式(PFM)半橋IGBT驅(qū)動電路，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣棚.雙極型晶體管，是由 BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；M0SFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。
[0003]由兩個(gè)IGBT串聯(lián)組成的半橋IGBT模塊，其廣泛地應(yīng)用于橋式逆變拓?fù)渲?，組成逆變橋的橋臂。這就使得驅(qū)動半橋IGBT通斷加載兩個(gè)柵極脈沖電壓不能共地，而從控制系統(tǒng)發(fā)出的兩組觸發(fā)脈沖信號是共地的，這就要求分離脈沖地。橋式逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于高電壓變流系統(tǒng)中時(shí)，控制系統(tǒng)觸發(fā)裝置與變流回路必須進(jìn)行高壓隔離。
[0004]由半橋IGBT組成橋式逆變電路，其控制方式有脈寬調(diào)制(PWM)和脈沖頻率調(diào)制(PFM)兩種。而由PFM控制方式組成的變流系統(tǒng)具有低功率輸出效率高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用做氣體激光器激勵電源。PFM方式觸發(fā)脈沖的占空比為50%，通過驅(qū)動電路放大、隔離后連接到IGBT的柵極，以驅(qū)動IGBT的通斷，從而實(shí)現(xiàn)由IGBT組成的變流電路進(jìn)行功率變換。IGBT在運(yùn)行中具有開通損耗、導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗，特別是驅(qū)動IGBT通斷的柵極與發(fā)射極的脈沖幅值(Vge)大小直接關(guān)系到IGBT導(dǎo)通時(shí)間、集電極與發(fā)射極間導(dǎo)通壓降(Vce)、關(guān)斷時(shí)間和承受短路電流的能力等。所以，驅(qū)動電路設(shè)計(jì)的好換，直接關(guān)系到IGBT的開通、關(guān)斷損耗和IGBT承受短路電流的能力，直接影響整個(gè)裝置的穩(wěn)定性、可靠性和效率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種半橋IGBT用于PFM方式的變流裝置下的驅(qū)動電路。
[0006]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種半橋IGBT驅(qū)動電路，包括脈沖變壓器、脈沖驅(qū)動電路、IGBT柵極與發(fā)射極脈沖幅值鉗位電路。
[0008]其中，所述脈沖變壓器包括鐵氧體磁芯、一路原邊繞組和雙路副邊繞組。將控制系統(tǒng)的觸發(fā)脈沖連接到原邊繞組，雙路副邊繞組的異名端一端分別連接半橋IGBT上下橋的發(fā)射極，作為上下橋臂IGBT驅(qū)動回路的驅(qū)動信號地，另一端分別連接脈沖驅(qū)動電路的輸入端。主要是將控制系統(tǒng)觸發(fā)脈沖信號變換成頻率不變、幅值高于IGBT柵極驅(qū)動電壓值、相位相差180°的兩組脈沖信號，同時(shí)將控制回路與功率回路進(jìn)行隔離，有效的將兩組脈沖地分咼。
[0009]所述脈沖驅(qū)動電路包括一個(gè)功率開關(guān)管、連接在開關(guān)管基極上的電阻、連接在集電極上的電阻組成的功率開關(guān)回路，與IGBT柵極與發(fā)射極脈沖幅值鉗位電路級連。主要是將脈沖變壓器輸出脈沖信號進(jìn)行整形成頻率不變、脈沖頂峰高于幅值的、幅值為IGBT柵極鉗位電壓的矩形脈沖。這樣，能有效的降低IGBT導(dǎo)通時(shí)間、降低IGBT導(dǎo)通壓降、提高dv/dt,而在IGBT導(dǎo)通期間加在柵極驅(qū)動電壓降低到其典型值，從而使得IGBT開通損耗降低，提尚IGBT在開通期間的抗沖擊能力，提尚IGBT在導(dǎo)通期間的承受短路電流能力。
[0010]所述IGBT柵極與發(fā)射極脈沖幅值鉗位電路，是由兩個(gè)穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)，再與一個(gè)電阻并聯(lián)組成?？缃佑贗GBT柵極和發(fā)射極之間，并與脈沖驅(qū)動電路級聯(lián)。用于防護(hù)防止柵極電荷積累及柵極電壓出現(xiàn)尖峰損壞IGBT，提高IGBT的穩(wěn)定性和可靠性。
[0011]由驅(qū)動電路、IGBT柵極與發(fā)射極脈沖幅值鉗位電路級聯(lián)組成兩個(gè)完全相同的網(wǎng)絡(luò)，其輸入端分別與脈沖變壓器副邊雙路繞組異名端非接地端連接，其輸出端與半橋IGBT上下橋臂柵極連接，從而構(gòu)成接地端不同、功能相同的雙路脈沖驅(qū)動電路。主要驅(qū)動半橋IGBT交替通斷，完成變流裝置功率變換。
[0012]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本實(shí)用新型由于采用上述電路，能有效的降低IGBT開通時(shí)間、降低IGBT導(dǎo)通壓降、提高dv/dt，而在IGBT導(dǎo)通期間加在柵極驅(qū)動電壓降低到其典型值，從而使得IGBT開通損耗降低，提高IGBT在開通期間的抗沖擊能力，提尚IGBT在導(dǎo)通期間的承受短路電流能力。從而提尚IGBT運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖，
[0014]其中:TR1為脈沖變壓器，Dl至D18分別為第一至第十八二極管，Rl至R14分別為第一至第十四電阻，Tl至T4分別為第一至第四MOSFET，Ql和Q2分別為第一和第二 IGBT。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對本實(shí)用新型的限制。
[0016]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0017]本實(shí)用新型圖的電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，所述半橋IGBT驅(qū)動電路包括脈沖變壓器、上橋臂驅(qū)動電路、下橋臂驅(qū)動電路。上、下橋臂驅(qū)動電路包括驅(qū)動電路、驅(qū)動輔助電路、鉗位電路。來自控制系統(tǒng)雙極交流觸發(fā)脈沖信號經(jīng)過脈沖變壓器進(jìn)行隔離、分地、反向、放大輸出給電路設(shè)計(jì)和功能完全相同，但不共地的上、下橋驅(qū)動電路，進(jìn)行脈沖波形整形，再輸出到半橋IGBT上下橋臂的柵極，而上下橋臂的發(fā)射極分別與上下橋臂電路的地相連接。完成驅(qū)動電路的隔離、反向交替驅(qū)動半橋IGBT的基本功能。所述電路的上下橋臂驅(qū)動電路因具有電路設(shè)計(jì)、元器件的組成、完成的功能相同的特征。
[0018]所述脈沖變壓器具有單輸入、雙輸出結(jié)構(gòu)。雙路輸出端連接具有異名端一端連接上下橋臂驅(qū)動電路的輸入端，另一端連接上下橋臂的地的特征。功能上具有隔離、放大、反向、分地的特征。
[0019]上下橋臂驅(qū)動電路包括驅(qū)動電路、輔助驅(qū)動電路、鉗位電路。主要完成驅(qū)動脈沖波形整形、IGBT上電啟動瞬間實(shí)現(xiàn)軟啟動、IGBT柵極與發(fā)射極間鉗位保護(hù)等功能。
[0020]以上橋臂驅(qū)動電路為例來進(jìn)行具體說明:
[0021]所述驅(qū)動電路是由一個(gè)MOSFET Tl和一些分立元件組成的電路。由D1、D2、R1、D18組成的網(wǎng)絡(luò)連接到Tl的柵極，主要是對雙極交流脈沖信號進(jìn)行限幅和半波整流，保留其正半周波形。Tl在源極與柵極的電壓大于門檻電壓時(shí)導(dǎo)通，對脈沖波進(jìn)行整形，由于Tl柵極為正半周波形，所以Tl漏極只能通過負(fù)半周波形。R3接于Tl的漏極，同時(shí)作為IGBT門極的輸入電阻。
[0022]所述輔助驅(qū)動電路是由一個(gè)MOSFET T2和一些分立元件組成的電路。由D3、D4、R2、D7、R4、Cl組成的網(wǎng)絡(luò)接到T2的柵極，主要是對雙極交流脈沖信號進(jìn)行限幅，當(dāng)上電初始脈沖到來時(shí)由于位于T2柵極的觸發(fā)脈沖通過D7對Cl進(jìn)行充電，使得T2柵極的電位被拉低一定時(shí)間，使得在此期間完整的脈沖波形從T2漏極輸出，通過R5與驅(qū)動電流的R3進(jìn)行疊加為完整的脈沖波形，使得IGBT進(jìn)行軟啟動。當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，由于在D7的作用下，使得T2柵極電壓鉗位，使得T2的漏極只能通過脈沖的負(fù)半周，并通過R5與驅(qū)動電路疊加。通過調(diào)節(jié)Cl的參數(shù)，可以控制啟動瞬間IGBT軟啟動的時(shí)間。
[0023]上述上下橋臂驅(qū)動電路，所述鉗位電路是由D5、D6和R7組成，用于防護(hù)防止柵極電荷積累及柵源電壓出現(xiàn)尖峰損壞IGBT，并對驅(qū)動脈沖信號進(jìn)行限幅。
[0024]上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出各種變化。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)，在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，對以上實(shí)施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半橋IGBT驅(qū)動電路，其特征在于:包括脈沖變壓器、半橋IGBT模塊和上、下橋臂驅(qū)動電路，所述上、下橋臂驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)相同且不共地；脈沖變壓器的輸出端分別與上、下橋臂驅(qū)動電路相連接，上、下橋臂驅(qū)動電路的輸出端分別與半橋IGBT模塊中上、下橋臂的柵極相連接，半橋IGBT模塊中上、下橋臂的發(fā)射極分別與上、下橋臂驅(qū)動電路的接地端相連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種半橋IGBT驅(qū)動電路，其特征在于:所述上、下橋臂驅(qū)動電路均包括驅(qū)動電路、驅(qū)動輔助電路和鉗位電路，其中， 所述驅(qū)動電路包括第一 MOSFET及外圍分立元件，所述第一 MOSFET的柵極連接具有脈沖限幅和半波整流功能的電路網(wǎng)絡(luò)； 所述驅(qū)動輔助電路包括第二 MOSFET及外圍分立元件，所述MOSFET的柵極連接具有脈沖限幅和RC充放電功能的電路網(wǎng)絡(luò)； 所述鉗位電路包括反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管和電阻，所述電阻和反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管相并聯(lián)。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種半橋IGBT驅(qū)動電路，其特征在于:所述脈沖變壓器包括單輸入繞組、雙輸出繞組和鐵氧體磁芯，其中， 所述雙輸出繞組的雙路輸出端均具有異名端，一端連接上、下橋臂驅(qū)動電路的輸入端，另一端連接上、下橋臂驅(qū)動電路的接地端。4.如權(quán)利要求1或2所述的一種半橋IGBT驅(qū)動電路，其特征在于:所述半橋IGBT驅(qū)動電路應(yīng)用于PFM方式橋式變換高壓二氧化碳激光器激勵電源。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種半橋IGBT驅(qū)動電路，包括脈沖變壓器、半橋IGBT模塊和上、下橋臂驅(qū)動電路，所述上、下橋臂驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)相同且不共地；脈沖變壓器的輸出端分別與上、下橋臂驅(qū)動電路相連接，上、下橋臂驅(qū)動電路的輸出端分別與半橋IGBT模塊中上、下橋臂的柵極相連接，半橋IGBT模塊中上、下橋臂的發(fā)射極分別與上、下橋臂驅(qū)動電路的接地端相連接。本實(shí)用新型由于采用上述電路，能有效的降低IGBT開通時(shí)間、降低IGBT導(dǎo)通壓降、提高dv/dt,而在IGBT導(dǎo)通期間加在門極驅(qū)動電壓降低到其典型值，從而使得IGBT開通損耗降低，提高IGBT在開通期間的抗沖擊能力，提高IGBT在導(dǎo)通期間的承受短路電流能力。從而提高IGBT運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
【IPC分類】H02M1/088
【公開號】CN204928559
【申請?zhí)枴緾N201520619300
【發(fā)明人】楊和逸, 劉建華, 潘濟(jì)堂, 詹碩平
【申請人】南京東方激光有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月17日