一种IGBT驱动电路及其电压调节方法与流程

本发明涉及功率控制技术领域，尤其涉及一种igbt驱动电路及其电压调节方法。

背景技术：

目前功率管igbt或mos管驱动一般采取固定电压进行驱动，如采用典型电压值15v或18v进行驱动。

如图1所示的现有的igbt驱动电路，采用固定电压vcc进行驱动，若在igbt软开关(零电压或零电流)工作状态下，问题不大。但在一般应用中，igbt会遇到硬开通工作状态，如电磁炉感应加热系统单管电路结构，igbt在开启阶段下，会直接在310v电压下开启；在低功率下，igbt也是在硬开通下工作；在高电压如260v电压下，也是在硬开通下工作。这些工作状态，会使igbt开启电流特别高，常常超出igbt电流额定规格，甚至超出igbt电流极限规格，损坏igbt，影响整机的寿命，最后引起用户投诉。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种igbt驱动电路及其电压调节方法，能够解决现有技术中采用固定电压值驱动igbt而导致igbt开启电流超出额定规格而损坏的问题。

第一方面，本发明提供了一种igbt驱动电路，包括：主控制器、与所述主控制器连接的第一开关单元、与直流电压输入端连接的第二开关单元、滤波单元、续流单元及驱动单元；

所述第一开关单元的第一端与所述主控制器连接，所述第一开关单元的第二端与地连接，所述第一开关单元的第三端与所述第二开关单元的第一端连接；所述第二开关单元的第二端与所述直流电压输入端连接，所述第二开关单元的第三端与所述滤波单元的第一端连接；所述滤波单元的第二端与驱动电压输出端连接，所述驱动电压输出端通过所述驱动单元与igbt栅极连接，所述滤波单元的第三端与地连接；所述续流单元的第一端与所述滤波单元的第一端连接，所述续流单元的第二端与所述滤波单元的第三端连接；

其中，所述主控制器通过调节输出至所述第一开关单元的高频方波信号的占空比，以调节所述驱动电压输出端输出的igbt栅极的驱动电压大小。

可选地，所述igbt驱动电路还包括：采样单元；

所述采样单元的第一端与所述驱动电压输出端连接，所述采样单元的第二端与地连接，所述采样单元的第三端与所述主控制器连接；

所述主控制器根据所述采样单元的第三端采集的电压确定驱动电压输出端的驱动电压值，判断所述驱动电压值与目标驱动电压值是否一致，若不一致则调节所述高频方波信号的占空比。

可选地，所述第一开关单元包括：第一电阻及第一开关管；

所述第一电阻的第一端与所述主控制器连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的第一端连接，所述第一开关管的第二端与地连接，所述第一开关管的第三端与所述第二开关单元的第一端连接。

可选地，所述第二开关管包括：第二电阻及第二开关管；

所述第二电阻的第一端与所述第一开关管的第三端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述直流电压输入端连接，所述第二开关管的第三端与所述滤波单元的第一端连接。

可选地，所述第一开关管为npn型三极管，所述第二开关管为pnp型三极管；

所述第一开关管的基极与所述第一电阻的第二端连接，所述第一开关管的发射极与地连接，所述第一开关管的集电极与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二开关管的基极与所述第二电阻的第二端连接，所述第二开关管的发射极与所述直流电压输入端连接，所述第二开关管的集电极与所述滤波单元的第一端连接。

可选地，所述滤波单元包括：第一电感及第一电容；

所述第一电感的第一端与所述第二开关单元的第三端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一电容的第一端及所述驱动电压输出端连接，所述第一电容的第二端与地连接。

可选地，所述续流单元包括：第一二极管；

所述第一二极管的阴极与所述第一电感的第一端连接，所述第一二极管的阳极与所述第一电容的第二端连接。

可选地，所述采样单元包括：第三电阻及第四电阻；

第三电阻的第一端与所述驱动电压输出端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第四电阻的第一端及所述主控制器连接，所述第四电阻的第二端与地连接。

第二方面，本发明提供了一种基于上述任意一种igbt驱动电路的电压调节方法，所述方法包括：

根据igbt的目标栅极电压确定目标驱动电压值，并根据所述目标驱动电压值及直流输入电压确定高频方波信号的占空比；

根据所述高频方波信号的占空比，主控制器输出相应的高频方波信号至所述igbt驱动电路中的第一开关单元的第一端，以调节igbt栅极的驱动电压大小。

可选地，所述方法还包括：

所述主控制器通过采样端口获得采样电压值，并根据所述采样电压值确定当前驱动电压值；

判断所述当前驱动电压值与目标驱动电压值是否一致，若不一致则调节所述高频方波信号的占空比。

由上述技术方案可知，本发明提供一种igbt驱动电路及其电压调节方法，所述igbt驱动电路包括主控制器、与所述主控制器连接的第一开关单元、与直流电压输入端连接的第二开关单元、滤波单元、续流单元及驱动单元，其中主控制器通过调节输出至所述第一开关单元的高频方波信号的占空比，能够调节igbt栅极的驱动电压大小，进而调节输出至所述igbt栅极的电压大小。如此，由于igbt栅极电压可以进行调制，从而可以在igbt硬开通工作状态下或其他有需要的状态下控制igbt的ce电流，从而避免了igbt超出额定电流而损坏，减少了igbt受电流应力冲击，提升了igbt的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是现有技术中的igbt驱动电路的电路结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种igbt驱动电路的电路结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的基于igbt驱动电路的电压调节方法的流程示意图；

图4是本发明另一实施例提供的基于igbt驱动电路的电压调节方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2是本发明一实施例中的一种igbt驱动电路的电路结构示意图，如图2所示，所述igbt驱动电路包括：主控制器(图2中未示出)、与所述主控制器连接的第一开关单元1、与直流电压输入端vdd连接的第二开关单元2、滤波单元3、续流单元4及驱动单元5。

具体地，所述第一开关单元1的第一端与所述主控制器连接，所述第一开关单元1的第二端与地连接，所述第一开关单元1的第三端与所述第二开关单元2的第一端连接；所述第二开关单元2的第二端与所述直流电压输入端vdd连接，所述第二开关单元2的第三端与所述滤波单元3的第一端连接；所述滤波单元3的第二端与驱动电压输出端vcc连接，所述驱动电压输出端vcc通过所述驱动单元5与igbt栅极连接，所述滤波单元3的第三端与地连接；所述续流单元4的第一端与所述滤波单元3的第一端连接，所述续流单元4的第二端与所述滤波单元3的第三端连接。

其中，所述主控制器通过调节输出至所述第一开关单元1的高频方波信号的占空比，以调节所述驱动电压输出端vcc输出的igbt栅极的驱动电压大小。

举例来说，所述主控制器可为cpu。

具体来说，主控制器输出高频方波信号至第一开关单元1，以控制第一开关单元1的导通或关断，使得第一开关单元1第三端的电压也跟随发生高低电压变化；进而第二开关单元2的第一端产生高频偏置电流，此高频偏置电流驱动第二开关单元2进行高频开关，从而将直流电压输入端vdd输入的直流电压高频传送至滤波单元3，此直流电压经过滤波单元3滤波成直流电压vcc，即驱动电压输出端输出的直流电压vcc。而在第二开关单元2关断期间，续流单元4提供续流回路，使得滤波单元3与续流单元4形成完整的放电回路。进一步地，驱动电压vcc通过驱动单元5输出至igbt6的栅极。

进一步地，如果设主控制器输出占空比为d(占空比的值为0到1)的高频方波信号，则vcc＝vdd*d，如d＝50％，vdd＝18v，则vcc＝18*50％＝9v，极端地，占空比d＝1，则vcc＝vdd＝18v；如果d＝0，则vcc＝0v。依据vcc不同驱动电压需要，调制不同的占空比d，可以得到不同的vcc值，理论上vcc值在0～vdd之间可调。可理解地，通过将输入电压vdd设置为负压，相应地vcc可以调节成负压。

由此可见，本实施例采用高频开关电源降压的技术原理，对输入电压vdd进行调制，依据目标需要可以输出范围为0～vdd的电驱动压vcc。由vcc进一步驱动igbt的栅极，由于igbt的特性而知，不同的栅极电压其igbtce电流是不同的，在相同c极电压下，采用igbt的栅极电压，栅极电压越高，igbtce电流越大，利用这个原理，可以在有需要时，有目的地调制igbt的栅极电压，也即是给栅极供电的vcc电压。

本实施例中，igbt驱动电路包括主控制器、与所述主控制器连接的第一开关单元1、与直流电压输入端连接的第二开关单元2、滤波单元3、续流单元4及驱动单元5，其中主控制器通过调节输出至所述第一开关单元1的高频方波信号的占空比，能够调节igbt栅极的驱动电压大小，进而调节输出至所述igbt栅极的电压大小。如此，由于igbt栅极电压可以进行调制，从而可以在igbt硬开通工作状态下或其他有需要的状态下控制igbt的ce电流，从而避免了igbt超出额定电流而损坏，减少了igbt受电流应力冲击，提升了igbt的可靠性。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述igbt驱动电路还包括：采样单元7。

具体地，所述采样单元7的第一端与所述驱动电压输出端vcc连接，所述采样单元7的第二端与地连接，所述采样单元7的第三端与所述主控制器连接。

其中，所述主控制器根据所述采样单元7的第三端采集的电压确定驱动电压输出端vcc的驱动电压值，判断所述驱动电压值与目标驱动电压值是否一致，若不一致则调节所述高频方波信号的占空比。

具体来说，主控制器通过采样单元7采集的电压值，可计算得到驱动电压输出端vcc的电压值，判断此驱动电压值与目标驱动电压值是否一致，若不一致则控制器对输出至第一开关单元1的高频方波信号(如pwm信号)的占空比进行微调，以进一步调节驱动电压输出端vcc的电压值，使其与目标值一致。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述第一开关单元1包括：第一电阻r11及第一开关管q12。

具体地，所述第一电阻r11的第一端与所述主控制器连接，所述第一电阻r11的第二端与所述第一开关管q12的第一端连接，所述第一开关管q12的第二端与地连接，所述第一开关管q12的第三端与所述第二开关单元2的第一端连接。

进一步地，所述第二开关管2包括：第二电阻r12及第二开关管q11。

具体地，所述第二电阻r12的第一端与所述第一开关管q12的第三端连接，所述第二电阻r12的第二端与所述第二开关管q11的第一端连接，所述第二开关管q11的第二端与所述直流电压输入端vdd连接，所述第二开关管q11的第三端与所述滤波单元3的第一端连接。

本实施例中，主控制器输出一系列高频方波信号至第一电阻r11，此电流对第一开关管q12进行开关控制，则第一开关管q12的第三端的电压随着发生高低电平变化；此时第二电阻r12产生高频偏置电流，此高频偏置电流驱动第二开关管q11进行高频开关，从而将vdd直流电压高频传送至滤波单元3，此电压经过滤波单元3滤波成直流电压vcc。

举例来说，如图2所示，所述第一开关管q12可为npn型三极管，所述第二开关管q11可为pnp型三极管。

具体地，所述第一开关管q12的基极与所述第一电阻r11的第二端连接，所述第一开关管q12的发射极与地连接，所述第一开关管q12的集电极与所述第二电阻r12的第一端连接；所述第二开关管q11的基极与所述第二电阻r12的第二端连接，所述第二开关管q11的发射极与所述直流电压输入端vdd连接，所述第二开关管q11的集电极与所述滤波单元3的第一端连接。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述滤波单元包括：第一电感l11及第一电容c11。

具体地，所述第一电感l11的第一端与所述第二开关单元2的第三端连接，所述第一电感l11的第二端分别与所述第一电容c11的第一端及所述驱动电压输出端vcc连接，所述第一电容c11的第二端与地连接。

进一步地，所述续流单元4包括：第一二极管d11。

具体地，所述第一二极管d11的阴极与所述第一电感l11的第一端连接，所述第一二极管d11的阳极与所述第一电容c11的第二端连接。

具体来说，vdd直流电压高频传输至滤波单元3中的储能电感端l11，此电压经过l11、c11组成的滤波单元3滤波形成直流电压vcc。而在第二开关单元2中开关器件的关断期间，第一二极管d11提供续流电流，使得第一电感l11形成完整的放电回路。如此，本实施例中的电路属于高频斩波降压电路。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述采样单元7包括：第三电阻r13及第四电阻r14。

具体地，第三电阻r13的第一端与所述驱动电压输出端vcc连接，所述第三电阻r13的第二端分别与所述第四电阻r14的第一端及所述主控制器连接，所述第四电阻r14的第二端与地连接。

具体来说，主控制器通过采样端口可获得vcc的分压值，根据该分压值可计算得到当前的vcc值，判断该vcc值与目标驱动电压值是否一致，若不一致则控制器对输出至第一开关单元1的高频方波信号(如pwm信号)的占空比进行微调，以进一步调节驱动电压输出端vcc的电压值，使其与目标值一致。

进一步地，驱动电压输出端vcc的驱动电压通过驱动单元5连接至igbt的栅极。可理解地，如图2所示，本实施例中的驱动单元5可与现有的igbt驱动电路一致。

具体地，如图2所示，驱动单元5包括：电阻r22、电阻r21、电阻r23、电阻r24、电阻r25、电阻r26、开关管q21、开关管q22及开关管q23。其中，电阻r22的第一端与主控制器连接，电阻r22的第二端分别与电阻r21的第一端及开关管q21的第一端连接，电阻r21的第二端与地连接；开关管q21的第二端与地连接，开关管q21的第三端分别与电阻r23的第一端、开关管q22的第一端及开关管q23的第一端连接；电阻r23的第二端分别与驱动电压输出端vcc及电阻r24的第一端连接，电阻r24的第二端与开关管q22的第三端连接；开关管q22的第二端分别与电阻r25的第一端及开关管q23的第二端连接，开关管q23的第三端与地连接；电阻r25的第二端分别与igbt的栅极及电阻r26的第一端连接，电阻r26的第二端与地连接。

如此，本实施例中，驱动电压输出端vcc输出的驱动电压通过本实施例中的驱动单元5输出至igbt的栅极，由于驱动电压输出端vcc输出的驱动电压能够根据需要进行调节，由vcc进一步驱动igbt的栅极，则输出至igbt的栅极的电压值也可以相应调节，从而可以在igbt硬开通工作状态下或其他有需要的状态下进行控制igbt的ce电流，避免igbt超出额定电流而损坏，减少igbt受电流应力冲击，提升igbt的可靠性。

图3是本发明一实施例中的一种基于上述任一实施例中的igbt驱动电路的电压调节方法的流程示意图，如图3所示，所述方法包括如下步骤：

s1：根据igbt的目标栅极电压确定目标驱动电压值，并根据所述目标驱动电压值及直流输入电压确定高频方波信号的占空比。

具体地，主控制器根据igbt的工作状态及对c极电压的检测，经过分析计算可确定igbt的目标驱动电压，即vcc电压值，得到vcc目标电压，然后计算得到高频方波信号的占空比。

s2：根据所述高频方波信号的占空比，主控制器输出相应的高频方波信号至所述igbt驱动电路中的第一开关单元的第一端，以调节igbt栅极的驱动电压大小。

具体地，根据计算得到占空比，主控制器输出高频方波信号至第一开关单元的第一端，以基于上述实施例中的igbt驱动调节驱动电压输出端vcc的电压值，由vcc进一步驱动igbt的栅极，则输出至igbt的栅极的电压值也可以相应调节，从而可以在igbt硬开通工作状态下或其他有需要的状态下进行控制igbt的ce电流，避免igbt超出额定电流而损坏，减少igbt受电流应力冲击，提升igbt的可靠性。

在本发明的一个可选实施例中，所述方法还包括：

s3：所述主控制器通过采样端口获得采样电压值，并根据所述采样电压值确定当前驱动电压值。

s4：判断所述当前驱动电压值与目标驱动电压值是否一致，若不一致则调节所述高频方波信号的占空比。

具体来说，主控制器通过采样单元采集的电压值，可根据分压计算得到驱动电压输出端vcc的电压值，判断此驱动电压值与目标驱动电压值是否一致，若不一致则控制器对输出至第一开关单元的高频方波信号(如pwm信号)的占空比进行微调，以进一步调节驱动电压输出端vcc的电压值，使其与目标值一致。

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面通过一个更为具体的实施例说明了上述电压调节方法，如图4所示，所述电压调节方法具体包括如下步骤：

s401：igbt工作状态检测；

s402：设定vcc目标电压；

s403：计算高频方波信号的占空比并输出至第一开关单元的第一端；

s404：判断vcc电压是否到达目标值，若是则退出该流程，否则转至步骤s405；

s405：调节高频方波信号的占空比，并转至步骤s404。

本实施例中，首先igbt计划启动，单片机依据目前的工作状态以及对c极电压的检测，经过分析计算可以确定igbt的合理的vcc电压，得到vcc目标电压，然后计算占空比，并在单片机port以pwm的形式输出，此期间还要通过vcc的分压值vcc-ad(采样电压值)进行监控vcc的电压值，如果与目标值不符，会进行微调，如果vcc电压符合目标值，则退出返回。

如此，由于igbt栅极电压可以进行调制，从而可以在igbt硬开通工作状态下或其他有需要的状态下进行控制igbt的ce电流，避免igbt超出额定电流而损坏，减少igbt受电流应力冲击，提升igbt的可靠性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。