一种低纹波噪声igbt的多适应驱动电路及方法
一种低纹波噪声igbt的多适应驱动电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及IGBT驱动电路及方法，尤其涉及一种低纹波噪声的IGBT驱动电路及方法。
【背景技术】
[0002]IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为一种复合性的功率半导体器件，由于其功耗低、电流容量大、开关频率较高，在大功率变换器中得到越来越广泛的应用。随着IGBT在柔性直流输电、电力机车、高铁等领域的深入发展，其耐用程度和使用寿命关系到整个系统的可靠性。
[0003]众所周知IGBT的驱动电阻Rg是影响IGBT驱动好坏的重要因素之一，而对于不同厂家的同一规格的IGBT，尤其是大功率IGBT，由于采用的制造工艺和设计技术的不同，使得IGBT栅极与源极之间的寄生电容不同，导致IGBT驱动的充电电荷大小不一，所需要的驱动电阻Rg也不同，除了对驱动功能影响外，Rg对IGBT的保护功能也至关重要。所以选择合适的Rg是驱动电路的关键，它直接决定了 IGBT器件的使用寿命和可靠性。
[0004]目前大功率IGBT驱动模块通用的做法是，针对各厂家不同型号的IGBT，会焊接不同阻值的驱动电阻Rg，产品型号过多会不利于大批量生产管控。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动电路及方法，通过构建基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，利用线性电源变换实现驱动电压低纹波噪声，并灵活通过控制芯片配置可变换驱动电阻，适用于不同驱动厂家的IGBT驱动。
[0006]本发明通过以下技术方案实现:
[0007]一种基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，所述IGBT的栅极连接可变换驱动电阻和可变换放电电阻，所述可变换驱动电阻包含Rm、RU2、…Rra并联构成的多路驱动电阻，所述可变换放电电阻包含RD1、RD2、…Rdn并联构成的多路放电电阻；所述控制开关包含Sm、SU2、…Sun构成的多路驱动开关，S D1、SD2、…Sdn构成的多路放电开关；所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun—端连接驱动电压+15V，另一端分别连接驱动电阻R m、RU2、…Run的一端；所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn—端连接关断电压-9V，另一端分别连接放电电阻RD1、RD2、...Rdn的一端；驱动电阻Rm、Rra、…Rra的另一端和放电电阻RD1、RD2、...Rdn的另一端分别与所述IGBT的栅极连接；所述主控芯片控制所述多路驱动开关和多路放电开关的开通或关断实现相应的驱动电阻和放电电阻接入IGBT的栅极。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述主控芯片为CPLD或者FPGA等拥有并行运算能力处理芯片。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述IGBT驱动电路还包括基于线性电源的低纹波噪声辅助源，其主功率拓扑采用推挽电路，所述推挽电路包括开关管Qpush、Qpull、变压器TX1、二极管由Dl、D2、D3 ;通过控制芯片对开关管Qpush、Qpull?行控制，将推挽电路的供电源Sourcel转换为斩波信号，经过变压器TXl的变压转换到副边；经过变换得到提供IGBT的关断的-9V电压，提供IGBT的驱动的+15V电压、主控芯片的供电电压以及控制开关的驱动电压。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述驱动开关的驱动电路由开关管Q2、Q3，电阻RudJ^成；所述开关管Q2为NMOS管，Q2的栅极信号为驱动脉冲PWMra，Q2的源极接+1V ;所述开关管Q3为PMOS管，Q3的栅极信号为驱动脉冲PWMra，Q3的源极接+15V ;Q2、Q3的漏极分别通过驱动电阻RudJ^接至所述驱动开关的栅极。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述放电开关的驱动电路由开关管Q4、Q5，电阻Rratev构成；所述开关管Q4为NMOS管，Q4的栅极信号为驱动脉冲PWMDN，Q4的源极接-9V ;所述开关管Q5为PMOS管，Q5的栅极信号为驱动脉冲PWMdn，Q5的源极接-3V ;Q4、Q5的漏极分别通过驱动电阻RDD?连接至所述放电开关的栅极。
[0012]本发明的另一方面，提供了一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动方法，所述方法基于本发明的IGBT驱动电路，所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMm、PWMU2、…PWMun，分别控制所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun，使得相应的驱动电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需驱动电阻开通；所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMD1、PWM D2、…PWMdn，分别控制所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn，使得相应的放电电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需放电电阻关断。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路图；
[0014]图2是本发明的基于线性电源的低纹波噪声辅助源电路图；
[0015]图3是本发明的控制开关的驱动电路图；
[0016]图4是各节点信号波形图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]本发明的基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路如附图1所示，所述控制开关包含Sm、SU2、…Sun构成的多路驱动开关，S D1、SD2、…Sdn构成的多路放电开关。所述可变换驱动电阻包含Rm、RU2、…Rra并联构成的多路驱动电阻，RD1、RD2、…Rdn并联构成的多路放电电阻。所述多路驱动开关Sm、SU2、—端连接驱动电压+15V，另一端分别连接驱动电阻Rm、RU2、…Run的一端。所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn—端连接关断电压-9V，另一端分别连接放电电阻Rd1、Rk、…Rdn的一端。驱动电阻Rm、Rra、…Rra的另一端连接放电电阻RD1、RD2、…Rdn的另一端。所述控制芯片配置驱动电阻是通过控制开关的开通或关断实现。控制多路驱动开关Su1、Su2、…Sun的驱动脉冲分别为PWMm、PWMU2、…PWM UN，当PWMu1、PWMU2、…PWMun对应的脉冲使Su1、Su2、…Sra开通时，可控制相应的驱动电阻接入IGBT(Ql)的栅极，实现IGBT按所需驱动电阻开通。多路放电开关SD1、SD2、…Sdn的驱动脉冲分别为PWMd1、PWMd2、…PWMdn。当 PWMd1、PWMd2、…PWMdn对应的脉冲使 S D1、SD2、…Sdn开通时，可控制相应的放电电阻接入IGBT(Ql)的栅极，实现IGBT按所需放电电阻关断。所述主控芯片为CPLD (复杂可编程逻辑器件)或者FPGA(现场可编程门阵列)等拥有并行运算能力处理芯片。
[0019]首先构建基于线性电源的低纹波噪声辅助源，如附图2所示。主功率拓扑采用推挽电路。所述推挽电路由开关管Qpush、Qpull、变压器TX1、单向整流二极管D1、D2、D3构成。通过控制芯片对开关管Qpush、Qpull?行控制，将推挽电路的供电源Sourcel转换为斩波信号，经过变压器TXl的变压转换到副边。斩波信号SourCe2通过整流二极管Dl和滤波电容Cl变为直流电压，并通过三端稳压芯片Ul将直流电压稳定到-9V，提供IGBT的关断电压，其中C2为-9V电压的稳压电容。斩波信号SourCe3通过整流二极管D2和滤波电容C4变为直流电压，并通过三端稳压芯片U2将直流电压稳定到+15V，提供IGBT的驱动电压，其中C5为+15V电压的稳压电容。斩波信号SourCe4通过整流二极管D3和滤波电容C7变为直流电压，并通过三端稳压芯片U3将直流电压稳定到+3.3V，提供主控芯片CPLD或FPGA的供电电压，其中C8为+3.3V电压的稳压电容。
[0020]为使Sm、SU2、…Sun开关管开通，通过U5将+15V转换出+1V稳压源，其中GND作为U5的输 入端，+15V作为U5的地，通过稳压芯片U5变换出+10V，C6为+1V的稳压电容。
[0021]为使SD1、SD2、…Sdn开关管开通，通过U4将-9V转换出-3V稳压源，其中GND作为U4的输入端，-9V作为U4的地，通过稳压芯片U4变换出-3V，C3为-3V的稳压电容。
[0022]其次构建开关Su1、SU2、...Sun和S D1、SD2、...Sdn的驱动电路，如附图3所示。
[0023]以Sra驱动电路为例，其驱动电路由开关管Q2、Q3，电阻R 成。所述开关管Q2、Q3的驱动脉冲PWMun由主控芯片经过隔离芯片转换，将主控芯片的OV (低电平)、3.3V(高电平)电平，转换为1V (低电平)、15V (高电平)，由于此处电路较为简单，在此不再展开描述。
[0024]所述开关管Q2为NM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMra，Q2的源极接+10V，当驱动脉冲PWMra的驱动信号为高电平+15V时，Q2导通，其漏极连接至+10V。所述开关管Q3为PMOS,其栅极信号为所述驱动脉冲PWMra，Q3的源极接+15V，当驱动脉冲PWMun的驱动信号为低电平+1V时，Q3导通，其漏极连接至+15V。Q2、Q3的漏极通过驱动电阻RUD?连接至开关管Sjf极。
[0025]所述开关管SraS PM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWM UDrv,其源极接+15V，当驱动脉冲PWMutov的驱动信号为低电平+1V时，S 导通，将驱动电阻R妾入IGBT栅极。
[0026]以Sdn驱动电路为例，其驱动电路由开关管Q4、Q5，电阻Rddct构成。所述开关管Q4、Q5的驱动脉冲PWMdn*主控芯片经过隔离芯片转换，将主控芯片的OV(低电平)、3.3V(高电平)电平，转换为_9V(低电平)、_3V(高电平)，由于此处电路较为简单，在此不再展开描述。
[0027]所述开关管Q4为NM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMDN，Q4的源极接-9V，当驱动脉冲PWMdn的驱动信号为高电平-3V时，Q4导通，其漏极连接至-9V。所述开关管Q5为PM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMdn，Q5的源极接-3V，当驱动脉冲PWMdn的驱动信号为低电平-9V时，Q3导通，其漏极连接至-3V。Q4、Q5的漏极通过驱动电阻Rlltov连接至开关管Sdn栅极。
[0028]所述开关管Sdn为NMOS，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMDD?，其源极接_9V，当驱动脉冲PWMutov的驱动信号为高电平-3V时，S DN导通，将驱动电阻R ^妾入IGBT栅极。
[0029]综上，可实现本发明构建的基于线性电源变换，实现驱动电压低纹波噪声，并灵活通过控制芯片配置可变换驱动电阻的IGBT驱动，各点驱动波形如附图4所示。
[0030]本发明提出的针对大功率IGBT的低纹波噪声的多适应驱动电路及方法具有以下特点:
[0031]1.驱动电阻由多个电阻并联实现，通过控制芯片发出控制信号来配置驱动电阻，实现方式灵活，不改变硬件结构。
[0032]2.放电电阻由多个电阻并联实现，通过主控芯片发出控制信号来配置驱动电阻，实现方式灵活，不改变硬件结构。
[0033]3.在保护动作发生时，可有效降低电流变化率(di/dt)和电压变化率(dv/dt)，提高IGBT驱动的可靠性，降低其使用风险。
[0034]4.该驱动方法通过线性电源变换，降低驱动电压的纹波噪声，有效降低由于驱动电压纹波过大造成的IGBT热耗。
[0035]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，所述IGBT的栅极连接可变换驱动电阻和可变换放电电阻，其特征在于:所述可变换驱动电阻包含Rm、RU2、…Rra并联构成的多路驱动电阻，所述可变换放电电阻包含RD1、RD2、…Rdn并联构成的多路放电电阻；所述控制开关包含Su1、Su2、…Sun构成的多路驱动开关，SD1、SD2、…Sdn构成的多路放电开关；所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun—端连接驱动电压+15V，另一端分别连接驱动电阻Rm、RU2'…Rra的一端；所述多路放电开关s D1、SD2、…Sdn—端连接关断电压-9V，另一端分别连接放电电阻RD1、RD2、…Rdn的一端；驱动电阻Rm、RU2、…Run的另一端和放电电阻Rd1、RD2、…Rdn的另一端分别与所述IGBT的栅极连接；所述主控芯片控制所述多路驱动开关和多路放电开关的开通或关断实现相应的驱动电阻和放电电阻接入IGBT的栅极。2.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述主控芯片为CPLD或者FPGA03.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述IGBT驱动电路还包括基于线性电源的低纹波噪声辅助源，其主功率拓扑采用推挽电路，所述推挽电路包括开关管Qpush、Qpull、变压器TX1、二极管由D1、D2、D3 ;通过控制芯片对开关管Qpush、Qpull?行控制，将推挽电路的供电源Sourcel转换为斩波信号，经过变压器TXl的变压转换到副边；经过变换得到提供IGBT的关断的-9V电压，提供IGBT的驱动的+15V电压、主控芯片的供电电压以及控制开关的驱动电压。4.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述驱动开关的驱动电路由开关管Q2、Q3，电阻Rratev构成；所述开关管Q2为NMOS管，Q2的栅极信号为驱动脉冲PWM UN，Q2的源极接+1V ;所述开关管Q3为PMOS管，Q3的栅极信号为驱动脉冲PWMUN，Q3的源极接+15V ;Q2、Q3的漏极分别通过驱动电阻1^?连接至所述驱动开关的栅极。5.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述放电开关的驱动电路由开关管Q4、Q5，电阻Rlltov构成；所述开关管Q4为NMOS管，Q4的栅极信号为驱动脉冲PWM DN，Q4的源极接-9V ;所述开关管Q5为PMOS管，Q5的栅极信号为驱动脉冲PWMDN，Q5的源极接-3V ；Q4、Q5的漏极分别通过驱动电阻RddJ^接至所述放电开关的栅极。6.一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动方法，所述方法基于如权利要求1-5任一所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMm、PWMU2、…PWMun，分别控制所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun，使得相应的驱动电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需驱动电阻开通；所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMD1、PWMd2,…PWMdn，分别控制所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn，使得相应的放电电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需放电电阻关断。
【专利摘要】为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动电路及方法，通过构建基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，利用线性电源变换实现驱动电压低纹波噪声有效降低由于驱动电压纹波过大造成的IGBT热耗，并灵活通过控制芯片配置可变换驱动电阻，适用于不同驱动厂家的IGBT驱动。本发明提出的针对大功率IGBT的低纹波噪声的多适应驱动电路，驱动电阻和放电电阻分别由多个电阻并联实现，通过控制芯片发出控制信号来配置驱动电阻和放电电阻，实现方式灵活，不改变硬件结构。在保护动作发生时，可有效降低电流变化率和电压变化率，提高IGBT驱动的可靠性，降低其使用风险。
【IPC分类】H02M1/08
【公开号】CN104901519
【申请号】CN201510270002
【发明人】谷宇, 张东来
【申请人】深圳市航天新源科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
【技术领域】
[0001]本发明涉及IGBT驱动电路及方法，尤其涉及一种低纹波噪声的IGBT驱动电路及方法。
【背景技术】
[0002]IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为一种复合性的功率半导体器件，由于其功耗低、电流容量大、开关频率较高，在大功率变换器中得到越来越广泛的应用。随着IGBT在柔性直流输电、电力机车、高铁等领域的深入发展，其耐用程度和使用寿命关系到整个系统的可靠性。
[0003]众所周知IGBT的驱动电阻Rg是影响IGBT驱动好坏的重要因素之一，而对于不同厂家的同一规格的IGBT，尤其是大功率IGBT，由于采用的制造工艺和设计技术的不同，使得IGBT栅极与源极之间的寄生电容不同，导致IGBT驱动的充电电荷大小不一，所需要的驱动电阻Rg也不同，除了对驱动功能影响外，Rg对IGBT的保护功能也至关重要。所以选择合适的Rg是驱动电路的关键，它直接决定了 IGBT器件的使用寿命和可靠性。
[0004]目前大功率IGBT驱动模块通用的做法是，针对各厂家不同型号的IGBT，会焊接不同阻值的驱动电阻Rg，产品型号过多会不利于大批量生产管控。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动电路及方法，通过构建基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，利用线性电源变换实现驱动电压低纹波噪声，并灵活通过控制芯片配置可变换驱动电阻，适用于不同驱动厂家的IGBT驱动。
[0006]本发明通过以下技术方案实现:
[0007]一种基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，所述IGBT的栅极连接可变换驱动电阻和可变换放电电阻，所述可变换驱动电阻包含Rm、RU2、…Rra并联构成的多路驱动电阻，所述可变换放电电阻包含RD1、RD2、…Rdn并联构成的多路放电电阻；所述控制开关包含Sm、SU2、…Sun构成的多路驱动开关，S D1、SD2、…Sdn构成的多路放电开关；所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun—端连接驱动电压+15V，另一端分别连接驱动电阻R m、RU2、…Run的一端；所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn—端连接关断电压-9V，另一端分别连接放电电阻RD1、RD2、...Rdn的一端；驱动电阻Rm、Rra、…Rra的另一端和放电电阻RD1、RD2、...Rdn的另一端分别与所述IGBT的栅极连接；所述主控芯片控制所述多路驱动开关和多路放电开关的开通或关断实现相应的驱动电阻和放电电阻接入IGBT的栅极。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述主控芯片为CPLD或者FPGA等拥有并行运算能力处理芯片。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述IGBT驱动电路还包括基于线性电源的低纹波噪声辅助源，其主功率拓扑采用推挽电路，所述推挽电路包括开关管Qpush、Qpull、变压器TX1、二极管由Dl、D2、D3 ;通过控制芯片对开关管Qpush、Qpull?行控制，将推挽电路的供电源Sourcel转换为斩波信号，经过变压器TXl的变压转换到副边；经过变换得到提供IGBT的关断的-9V电压，提供IGBT的驱动的+15V电压、主控芯片的供电电压以及控制开关的驱动电压。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述驱动开关的驱动电路由开关管Q2、Q3，电阻RudJ^成；所述开关管Q2为NMOS管，Q2的栅极信号为驱动脉冲PWMra，Q2的源极接+1V ;所述开关管Q3为PMOS管，Q3的栅极信号为驱动脉冲PWMra，Q3的源极接+15V ;Q2、Q3的漏极分别通过驱动电阻RudJ^接至所述驱动开关的栅极。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述放电开关的驱动电路由开关管Q4、Q5，电阻Rratev构成；所述开关管Q4为NMOS管，Q4的栅极信号为驱动脉冲PWMDN，Q4的源极接-9V ;所述开关管Q5为PMOS管，Q5的栅极信号为驱动脉冲PWMdn，Q5的源极接-3V ;Q4、Q5的漏极分别通过驱动电阻RDD?连接至所述放电开关的栅极。
[0012]本发明的另一方面，提供了一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动方法，所述方法基于本发明的IGBT驱动电路，所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMm、PWMU2、…PWMun，分别控制所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun，使得相应的驱动电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需驱动电阻开通；所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMD1、PWM D2、…PWMdn，分别控制所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn，使得相应的放电电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需放电电阻关断。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路图；
[0014]图2是本发明的基于线性电源的低纹波噪声辅助源电路图；
[0015]图3是本发明的控制开关的驱动电路图；
[0016]图4是各节点信号波形图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]本发明的基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路如附图1所示，所述控制开关包含Sm、SU2、…Sun构成的多路驱动开关，S D1、SD2、…Sdn构成的多路放电开关。所述可变换驱动电阻包含Rm、RU2、…Rra并联构成的多路驱动电阻，RD1、RD2、…Rdn并联构成的多路放电电阻。所述多路驱动开关Sm、SU2、—端连接驱动电压+15V，另一端分别连接驱动电阻Rm、RU2、…Run的一端。所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn—端连接关断电压-9V，另一端分别连接放电电阻Rd1、Rk、…Rdn的一端。驱动电阻Rm、Rra、…Rra的另一端连接放电电阻RD1、RD2、…Rdn的另一端。所述控制芯片配置驱动电阻是通过控制开关的开通或关断实现。控制多路驱动开关Su1、Su2、…Sun的驱动脉冲分别为PWMm、PWMU2、…PWM UN，当PWMu1、PWMU2、…PWMun对应的脉冲使Su1、Su2、…Sra开通时，可控制相应的驱动电阻接入IGBT(Ql)的栅极，实现IGBT按所需驱动电阻开通。多路放电开关SD1、SD2、…Sdn的驱动脉冲分别为PWMd1、PWMd2、…PWMdn。当 PWMd1、PWMd2、…PWMdn对应的脉冲使 S D1、SD2、…Sdn开通时，可控制相应的放电电阻接入IGBT(Ql)的栅极，实现IGBT按所需放电电阻关断。所述主控芯片为CPLD (复杂可编程逻辑器件)或者FPGA(现场可编程门阵列)等拥有并行运算能力处理芯片。
[0019]首先构建基于线性电源的低纹波噪声辅助源，如附图2所示。主功率拓扑采用推挽电路。所述推挽电路由开关管Qpush、Qpull、变压器TX1、单向整流二极管D1、D2、D3构成。通过控制芯片对开关管Qpush、Qpull?行控制，将推挽电路的供电源Sourcel转换为斩波信号，经过变压器TXl的变压转换到副边。斩波信号SourCe2通过整流二极管Dl和滤波电容Cl变为直流电压，并通过三端稳压芯片Ul将直流电压稳定到-9V，提供IGBT的关断电压，其中C2为-9V电压的稳压电容。斩波信号SourCe3通过整流二极管D2和滤波电容C4变为直流电压，并通过三端稳压芯片U2将直流电压稳定到+15V，提供IGBT的驱动电压，其中C5为+15V电压的稳压电容。斩波信号SourCe4通过整流二极管D3和滤波电容C7变为直流电压，并通过三端稳压芯片U3将直流电压稳定到+3.3V，提供主控芯片CPLD或FPGA的供电电压，其中C8为+3.3V电压的稳压电容。
[0020]为使Sm、SU2、…Sun开关管开通，通过U5将+15V转换出+1V稳压源，其中GND作为U5的输 入端，+15V作为U5的地，通过稳压芯片U5变换出+10V，C6为+1V的稳压电容。
[0021]为使SD1、SD2、…Sdn开关管开通，通过U4将-9V转换出-3V稳压源，其中GND作为U4的输入端，-9V作为U4的地，通过稳压芯片U4变换出-3V，C3为-3V的稳压电容。
[0022]其次构建开关Su1、SU2、...Sun和S D1、SD2、...Sdn的驱动电路，如附图3所示。
[0023]以Sra驱动电路为例，其驱动电路由开关管Q2、Q3，电阻R 成。所述开关管Q2、Q3的驱动脉冲PWMun由主控芯片经过隔离芯片转换，将主控芯片的OV (低电平)、3.3V(高电平)电平，转换为1V (低电平)、15V (高电平)，由于此处电路较为简单，在此不再展开描述。
[0024]所述开关管Q2为NM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMra，Q2的源极接+10V，当驱动脉冲PWMra的驱动信号为高电平+15V时，Q2导通，其漏极连接至+10V。所述开关管Q3为PMOS,其栅极信号为所述驱动脉冲PWMra，Q3的源极接+15V，当驱动脉冲PWMun的驱动信号为低电平+1V时，Q3导通，其漏极连接至+15V。Q2、Q3的漏极通过驱动电阻RUD?连接至开关管Sjf极。
[0025]所述开关管SraS PM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWM UDrv,其源极接+15V，当驱动脉冲PWMutov的驱动信号为低电平+1V时，S 导通，将驱动电阻R妾入IGBT栅极。
[0026]以Sdn驱动电路为例，其驱动电路由开关管Q4、Q5，电阻Rddct构成。所述开关管Q4、Q5的驱动脉冲PWMdn*主控芯片经过隔离芯片转换，将主控芯片的OV(低电平)、3.3V(高电平)电平，转换为_9V(低电平)、_3V(高电平)，由于此处电路较为简单，在此不再展开描述。
[0027]所述开关管Q4为NM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMDN，Q4的源极接-9V，当驱动脉冲PWMdn的驱动信号为高电平-3V时，Q4导通，其漏极连接至-9V。所述开关管Q5为PM0S，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMdn，Q5的源极接-3V，当驱动脉冲PWMdn的驱动信号为低电平-9V时，Q3导通，其漏极连接至-3V。Q4、Q5的漏极通过驱动电阻Rlltov连接至开关管Sdn栅极。
[0028]所述开关管Sdn为NMOS，其栅极信号为所述驱动脉冲PWMDD?，其源极接_9V，当驱动脉冲PWMutov的驱动信号为高电平-3V时，S DN导通，将驱动电阻R ^妾入IGBT栅极。
[0029]综上，可实现本发明构建的基于线性电源变换，实现驱动电压低纹波噪声，并灵活通过控制芯片配置可变换驱动电阻的IGBT驱动，各点驱动波形如附图4所示。
[0030]本发明提出的针对大功率IGBT的低纹波噪声的多适应驱动电路及方法具有以下特点:
[0031]1.驱动电阻由多个电阻并联实现，通过控制芯片发出控制信号来配置驱动电阻，实现方式灵活，不改变硬件结构。
[0032]2.放电电阻由多个电阻并联实现，通过主控芯片发出控制信号来配置驱动电阻，实现方式灵活，不改变硬件结构。
[0033]3.在保护动作发生时，可有效降低电流变化率(di/dt)和电压变化率(dv/dt)，提高IGBT驱动的可靠性，降低其使用风险。
[0034]4.该驱动方法通过线性电源变换，降低驱动电压的纹波噪声，有效降低由于驱动电压纹波过大造成的IGBT热耗。
[0035]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，所述IGBT的栅极连接可变换驱动电阻和可变换放电电阻，其特征在于:所述可变换驱动电阻包含Rm、RU2、…Rra并联构成的多路驱动电阻，所述可变换放电电阻包含RD1、RD2、…Rdn并联构成的多路放电电阻；所述控制开关包含Su1、Su2、…Sun构成的多路驱动开关，SD1、SD2、…Sdn构成的多路放电开关；所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun—端连接驱动电压+15V，另一端分别连接驱动电阻Rm、RU2'…Rra的一端；所述多路放电开关s D1、SD2、…Sdn—端连接关断电压-9V，另一端分别连接放电电阻RD1、RD2、…Rdn的一端；驱动电阻Rm、RU2、…Run的另一端和放电电阻Rd1、RD2、…Rdn的另一端分别与所述IGBT的栅极连接；所述主控芯片控制所述多路驱动开关和多路放电开关的开通或关断实现相应的驱动电阻和放电电阻接入IGBT的栅极。2.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述主控芯片为CPLD或者FPGA03.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述IGBT驱动电路还包括基于线性电源的低纹波噪声辅助源，其主功率拓扑采用推挽电路，所述推挽电路包括开关管Qpush、Qpull、变压器TX1、二极管由D1、D2、D3 ;通过控制芯片对开关管Qpush、Qpull?行控制，将推挽电路的供电源Sourcel转换为斩波信号，经过变压器TXl的变压转换到副边；经过变换得到提供IGBT的关断的-9V电压，提供IGBT的驱动的+15V电压、主控芯片的供电电压以及控制开关的驱动电压。4.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述驱动开关的驱动电路由开关管Q2、Q3，电阻Rratev构成；所述开关管Q2为NMOS管，Q2的栅极信号为驱动脉冲PWM UN，Q2的源极接+1V ;所述开关管Q3为PMOS管，Q3的栅极信号为驱动脉冲PWMUN，Q3的源极接+15V ;Q2、Q3的漏极分别通过驱动电阻1^?连接至所述驱动开关的栅极。5.根据权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述放电开关的驱动电路由开关管Q4、Q5，电阻Rlltov构成；所述开关管Q4为NMOS管，Q4的栅极信号为驱动脉冲PWM DN，Q4的源极接-9V ;所述开关管Q5为PMOS管，Q5的栅极信号为驱动脉冲PWMDN，Q5的源极接-3V ；Q4、Q5的漏极分别通过驱动电阻RddJ^接至所述放电开关的栅极。6.一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动方法，所述方法基于如权利要求1-5任一所述的IGBT驱动电路，其特征在于:所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMm、PWMU2、…PWMun，分别控制所述多路驱动开关Sm、SU2、…Sun，使得相应的驱动电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需驱动电阻开通；所述主控芯片经过隔离芯片转换得到PWMD1、PWMd2,…PWMdn，分别控制所述多路放电开关SD1、SD2、…Sdn，使得相应的放电电阻接入IGBT的栅极，实现IGBT按所需放电电阻关断。
【专利摘要】为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种低纹波噪声的多适应IGBT驱动电路及方法，通过构建基于主控芯片的可变换驱动电阻的IGBT驱动电路，利用线性电源变换实现驱动电压低纹波噪声有效降低由于驱动电压纹波过大造成的IGBT热耗，并灵活通过控制芯片配置可变换驱动电阻，适用于不同驱动厂家的IGBT驱动。本发明提出的针对大功率IGBT的低纹波噪声的多适应驱动电路，驱动电阻和放电电阻分别由多个电阻并联实现，通过控制芯片发出控制信号来配置驱动电阻和放电电阻，实现方式灵活，不改变硬件结构。在保护动作发生时，可有效降低电流变化率和电压变化率，提高IGBT驱动的可靠性，降低其使用风险。
【IPC分类】H02M1/08
【公开号】CN104901519
【申请号】CN201510270002
【发明人】谷宇, 张东来
【申请人】深圳市航天新源科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
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