适用于igbt的栅极驱动信号传输电路及其传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及驱动信号传输技术领域，更具体的涉及一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路及其传输方法。
【背景技术】
[0002]绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为第三代功率半导体器件，已经广泛应用于生活及工业生产领域。
[0003]为了给IGBT提供可靠的开通、关断控制及保护功能，其栅极驱动电路起到了重要作用，IGBT栅极驱动电路的特性直接决定了由IGBT构成的电力电子系统的运行损耗、电磁兼容性以及装置最高的开关频率等性能，对设备的性能和寿命有重要影响。而开关信号传输作为IGBT栅极驱动电路的基础功能，对其可靠性体积以及重量都产生了很高要求。传统的IGBT栅极驱动电路的开关信号传输途径通常采用变压器耦合、光电耦合或光纤耦合。然而，传统变压器親合存在体积大、重量高的缺点；光电親合存在耐压低、信号传输延时高的缺点，导致传统的IGBT栅极驱动电路的开关信号传输途径难以应用于1700V以上的领域；而光纤耦合也存在信号传输延时高以及端口容易积灰、维护困难的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，以减少栅极驱动信号传输电路的体积和重量、降低信号的传输延时。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法，以减少栅极驱动信号传输电路的体积和重量、降低信号的传输延时。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，包括:
[0007]调制电路，所述调制电路包括组成全桥结构的开关Sl、S2、S3、S4，所述开关S1对应的第一输入信号为栅极驱动信号，所述开关S2对应的第二输入信号与所述第一输入信号互补，所述开关S3对应的第三输入信号与所述第一输入信号具有一相位差，所述开关S4对应的第四输入信号与所述第三输入信号互补，所述调制电路输出移相调制后的所述栅极驱动信号；
[0008]高频变压器，所述高频变压器的初级线圈与所述调制电路的输出端连接，以对移相调制后的所述栅极驱动信号进行耦合；
[0009]检波电路，所述检波电路的输入端与所述高频变压器的次级线圈连接，所述检波电路用于对移相调制后的所述栅极驱动信号进行检波，以得到所述调制电路的调制信号；以及
[0010]信号还原电路，所述信号还原电路的输入端与所述检波电路的输出端连接，用于根据所述调制信号还原得到所述栅极驱动信号。
[0011]与现有技术相比，本发明适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路包括调制电路、高频变压器、检波电路以及信号还原电路，其中调制电路用于对栅极驱动信号进行移相调制，高频变压器将移相调制后的栅极驱动信号耦合至检波电路，检波电路进行检波(即解调)得到调制电路的调制信号，最后信号还原电路根据得到的调制信号还原得到经传输电路所传输的栅极驱动信号，由于高频变压器传输的信号为微秒级的极短脉冲信号，因此高频变压器所需伏秒积相对传统的变压器耦合技术明显降低，因而其体积和重量都显著降低，进而缩小了 IGBT栅极驱动电路的体积和重量；同时，采用上述传输电路进行栅极驱动信号的传输时，栅极驱动信号的频率和占空比不再受到限制，且传输电路整体所用元件少，容易实现且可靠性高。
[0012]较佳的，所述检波电路包括检波二极管Dl、D2、D3、D4，所述检波二极管D1的阳极和所述检波二极管D2的阴极分别与所述高频变压器次级线圈的第一输出端子连接，所述检波二极管D3的阳极和所述检波二极管D4的阴极分别与所述高频变压器次级线圈的第二输出端子连接，所述检波二极管D2的阳极和所述检波二极管D4的阳极接高压侧电位参考点，所述检波二极管D1和所述检波二极管D3的阴极形成所述检波电路的输出端以输出所述调制信号。
[0013]较佳的，所述适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路还包括保护电路，所述保护电路包括阻值为千欧级的电阻R1和电阻R2，所述检波二极管D1的阴极串联所述电阻R1后接所述高压侧电位参考点，所述检波二极管D3的阴极串联所述电阻R2后接所述高压侧电位参考点，所述电阻R1和所述电阻R2用于防止所述高频变压器的漏感电流在所述信号还原电路的输入端产生过高电压而损坏。
[0014]较佳的，所述信号还原电路包括RS触发器，所述RS触发器的R端与所述检波二极管D1的阴极连接，所述RS触发器的S端与所述检波二极管D3的阴极连接，所述RS触发器的输出端输出经所述调制信号处理后得到的所述栅极驱动信号。
[0015]较佳的，所述开关Sl、S2、S3、S4为高速半导体开关。
[0016]较佳的，所述高速半导体开关由场效应管或高速三极管形成。
[0017]本发明同时提供了一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法，包括以下步骤:
[0018]通过调制电路对栅极驱动信号进行移相调制，并输出移相调制后的栅极驱动信号至高频变压器；
[0019]所述高频变压器将移相调制后的栅极驱动信号耦合至检波电路；
[0020]所述检波电路对移相调制后的栅极驱动信号进行检波，以得到所述调制电路的调制信号并将所述调制信号输出至信号还原电路；以及
[0021]所述信号还原电路根据所述调制信号还原得到所述栅极驱动信号。
[0022]较佳的，所述调制电路中的开关S1对应的第一输入信号为栅极驱动信号，开关S2对应的第二输入信号与所述第一输入信号互补，开关S3对应的第三输入信号与所述第一输入信号具有一相位差，开关S4对应的第四输入信号与所述第三输入信号互补。
[0023]较佳的，所述“所述信号还原电路根据所述调制信号还原得到所述栅极驱动信号”具体为:
[0024]RS触发器根据R端和S端输入的所述调制信号还原得到所述栅极驱动信号。
[0025]较佳的，所述“所述检波电路对移相调制后的栅极驱动信号进行检波，以得到所述调制电路的调制信号并将所述调制信号输出至信号还原电路”具体为:
[0026]移相调制后的栅极驱动信号经高频变压器耦合后通过检波二极管D1和D2得到所述RS触发器的S端信号；
[0027]移相调制后的栅极驱动信号经高频变压器耦合后通过检波二极管D3和D4得到所述RS触发器的R端信号。
[0028]通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
【附图说明】
[0029]图1为本发明适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路的结构框图。
[0030]图2为图1中适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路一实施例的电路图。
[0031]图3为图1中适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路另一实施例的电路图。
[0032]图4为图1中适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路再一实施例的电路图。
[0033]图5为图2中适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路的时序图。
[0034]图6为本发明适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法一实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0035]现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
[0036]请参考图1至图2，本发明适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路100包括调制电路10、高频变压器20、检波电路30以及信号还原电路50。其中，调制电路10包括组成全桥结构的开关S1、S2、S3、S4，开关S1对应的第一输入信号为栅极驱动信号，开关S2对应的第二输入信号与第一输入信号互补，开关S3对应的第三输入信号与第一输入信号具有一相位差，开关S4对应的第四输入信号与第三输入信号互补，调制电路10输出进行移相调制后的栅极驱动信号；高频变压器20的初级线圈与电路10的输出端连接，高频变压器20的次级线圈与检波电路30的输入端连接，高频变压器20用于将移相调制后的栅极驱动信号耦合至检波电路30 ;检波电路30用于对移相调制后的栅极驱动信号进行检波(即解调过程)，以得到调制电路10的调制信号；信号还原电路50的输入端与检波电路30的输出端连接，用于根据调制信号还原得到栅极驱动信号。
[0037]与现有技术相比，本发明适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路包括调制电路、高频变压器、检波电路以及信号还原电路，其中调制电路用于对栅极驱动信号进行移相调制，高频变压器将移相调制后的栅极驱动信号耦合至检波电路，检波电路进行检波(即解调)得到调制电路的调制信号，最后信号还原电路根据得到的调制信号还原得到经传输电路所传输的栅极驱动信号，由于高频变压器传输的信号为微秒级的极短脉冲信号，因此高频变压器所需伏秒积相对传统的变压器耦合技术明显降低，因而其体积和重量都显著降低，进而缩小了 IGBT栅极驱动电路的体积和重量；同时，采用上述传输电路进行栅极驱动信号的传输时，栅极驱动信号的频率和占空比不再受到限制，且传输电路整体所用元件少，容易实现且可靠性高。
[0038]请参考图2，图2为图1所示适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路100 —实施例的实现电路。如图2所示，检波电路30包括检波二极管D1、D2、D3、D4，其中检波二极管D1的阳极和检波二极管D2的阴极分别与高频变压器20次级线圈的第一输出端子连接，检波二极管D3的阳极和检波二极管D4的阴极分别与高频变压器20次级线圈的第二输出端子连接，检波二极管D2的阳极和检波二极管D4的阳极接高压侧电位参考点(对应某一电压值)，检波二极管D1和检波二极管D3的阴极形成检波电路30的输出端以输出调制信号，需要注意的是，移相调制后的栅极驱动信号经过检波二极管后得到的调制信号是RS触发器所需的短脉冲信号。
[0039]再请参考图2，本实施例中信号还原电路50包括RS触发器，RS触发器的R端与检波二极管D1的阴极连接，RS触发器的S端与检波二极管D3的阴极连接，RS触发器的输出端输出经调制信号处理后得到的栅极驱动信号。
[0040]下面结合图2和图5说明本发明适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路100的工作原理，图5为图2中适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路100工作的时序图。其中，图5中信号T表示栅极驱动信号，