信号Sl、S2、S3、S4分别为开关Sl、S2、S3、S4对应的输入信号，S为RS触发器的S端的输入信号，R为RS触发器的R端的输入信号，RS信号表不RS触发器的输出，由图5可以看出，开关S1对应的第一输入信号S1为栅极驱动信号，开关S2对应的第二输入信号S2与第一输入信号S1互补，开关S3对应的第三输入信号S3与第一输入信号S1具有一相位差(即第三输入信号S3可以由第一输入信号S1整体移相得到)，开关S4对应的第四输入信号S4与第三输入信号S3互补，从而开关Sl、S2、S3、S4构成的调制电路可以实现对栅极驱动信号T的移相调制。之后，经调制电路进行移相调制后的栅极驱动信号经高频变压器20耦合后输入至检波电路30进行检波(即解调)过程，以得到调制电路10所对应的调制信号，具体的，移相调制后的栅极驱动信号经检波二极管D1和D2可以得到RS触发器的S端信号(如图5所示)，移相调制后的栅极驱动信号经检波二极管D3和D4可以得到RS触发器的R端信号(如图5所示)，其中信号R和信号S即为调制电路10的调制信号，本实施例中具体为相位偏移。具体的，信号S对应的正脉冲位于栅极驱动信号的一个边沿，信号R对应的正脉冲位于栅极驱动信号的另一个边沿，RS触发器将两个脉冲信号解调为栅极驱动信号，即调制信号经RS触发器处理后即可还原得到最初的栅极触发信号，如图5所示，RS触发器的输出信号RS与栅极驱动信号保持一致。需要说明的是，理论上RS触发器的输出应与栅极触发信号T完全相同，但实际中可能会存在短暂的上升延时和下降延时。
[0041 ] 此外，本发明中调制电路10中用以组成全桥结构的开关S1、S2、S3、S4为高速半导体开关，高速半导体开关可以由场效应管或高速三极管形成，当然，开关Sl、S2、S3、S4。具体的，图3所示电路中开关Sl、S2、S3、S4由场效应管实现，由于场效应管的开关速度快，并且导通时允许电流双向流动，因而可以构成高频变压器20的续流回路。该种实现方式所需元件最少，传输速度最快，是图2的最优实现方式。
[0042]再请参考图4，图4所示电路中开关S1、S2、S3、S4由三极管实现，由于三极管并不像场效应管一样允许电流双向流动，因此需要反向并联高速二极管构成高频变压器20的续流回路，即三极管的集电极和发射极之间反向并联有二极管，且由于三极管的开关速度并不如场效应管快，因此会存在更高的传输时间延时。该种实现方式所用元件较多，传输速度较慢，是图2的次优实现方式。
[0043]此外，如图2至图4所示，适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路100还包括保护电路40，保护电路40包括阻值为千欧级的电阻R1和电阻R2，如电阻R1和电阻R2的阻值为6千欧姆，其中检波二极管D1的阴极串联电阻R1后接高压侧电位参考点，检波二极管D3的阴极串联电阻R2后接高压侧电位参考点，电阻R1和电阻R2用于防止高频变压器20的漏感电流在信号还原电路50 (RS触发器)的高阻抗输入端产生过高电压而损坏RS触发器。
[0044]本发明适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路100，可以使传输栅极驱动信号的隔离变压器体积、重量大幅减小，进而缩小IGBT栅极驱动器的体积、重量；同时，信号侧与高压侧间的绝缘水平仅取决于隔离变压器的耐压性能，因此可轻易满足大部分高压应用的需求；最后，栅极驱动信号传输电路100中调制电路10和检波电路30整体所用元件少，容易实现且可靠性高。
[0045]请参考图6，本发明还提供了一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法，该方法适用于图1至图5所示的适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路100，具体包括以下步骤:
[0046]步骤S101，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；具体的，调制电路如图2至图4所示，其中开关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。
[0047]步骤S102，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；
[0048]步骤S103，检波电路对移相调制后的栅极驱动信号进行检波，以得到调制电路的调制信号并将调制信号输出至信号还原电路；具体的，检波电路如图2至图4所示，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RS触发器的S端信号，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；
[0049]步骤S104，信号还原电路根据调制信号还原得到栅极驱动信号，信号还原电路为RS触发器，RS触发器根据R端和S端输入的调制信号还原得到栅极驱动信号。
[0050]以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
【主权项】
1.一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，其特征在于，包括: 调制电路，所述调制电路包括组成全桥结构的开关s1、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; 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； 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 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。2.如权利要求1所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，其特征在于，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。3.如权利要求2所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，其特征在于，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。4.如权利要求1所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，其特征在于，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。5.如权利要求1所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，其特征在于，所述开关Sl、S2、S3、S4为高速半导体开关。6.如权利要求5所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，其特征在于，所述高速半导体开关由场效应管或高速三极管形成。7.—种适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法，适用于权利要求1至6任一项所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，其特征在于，包括以下步骤: 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； 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； 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 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。8.如权利要求7所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法，其特征在于，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。9.如权利要求7所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法，其特征在于，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: 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。10.如权利要求9所述的适用于IGBT的栅极驱动信号传输方法，其特征在于，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: 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； 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。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于IGBT的栅极驱动信号传输电路，包括调制电路、高频变压器、检波电路及信号还原电路，调制电路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，检波电路检波得到调制电路的调制信号，信号还原电路根据调制信号还原得到栅极驱动信号。与现有技术相比，本发明栅极驱动信号传输电路的体积和重量显著降低，且电路整体所用元件少，容易实现、可靠性高。
【IPC分类】H03K17/567
【公开号】CN105429617
【申请号】CN201510776646
【发明人】陈天宇
【申请人】武汉衡伟信息技术有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月13日