专利名称：Igbt模块驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是绝缘栅双极晶体管IGBT驱动电路的改进技术。
背景技术：
大多数绝缘栅双极晶体管IGBT生产商为了解决IGBT可靠性问题，都生产与其IGBT产品相配套的混合集成驱动电路，如日本富士公司的EXB841型300A/1200V快速型IGBT专用驱动模块、日本英达公司的HR065IGBT专用集成驱动模块，以及德国西门子驱动模块等。这些IGBT驱动电路存在的较普遍技术问题是由于IGBT常工作于高电压、大电流、高频率的恶劣工作环境中，因此要背负采用专门配套设计的电源电路，并与周围控制电路实施严格的隔离设计，导致了其产品外形尺寸较大，工作中电源能量消耗大，其所需的驱动电流一般达到3-4安培，而且模块I/O接口线及电源接口引线较多；其次是由于应用模拟功率放大电路，即其驱动级设计应用于放大区，这对于IGBT这样的电压型开关器件是很不利的；另外，驱动电路的输出级为乙类互补对称功放驱动电路，电压放大倍数接近1且恒小于1，则造成输出电位与正负电源电位偏差较大，也不利于IGBT的正常开断工作。为此，设计一种结构简单、驱动性能优越于现有技术的绝缘栅双极晶体管IGBT驱动电路就成为充分发挥绝缘栅双极晶体管IGBT优越性能的一项关键技术课题。
实用新型内容本实用新型的发明目的在于提供一种结构简单、具有优越于现有绝缘栅双极晶体管IGBT驱动电路驱动性能的IGBT模块驱动电路。本实用新型的IGBT模块驱动电路技术方案，其主要技术内容是一种IGBT模块驱动电路，其输出级是由PNP、NPN型两开关三极管连接构成供给IGBT开断驱动信号的集电极互补推挽功率驱动电路，两驱动三极管的射极输入端分别连接该驱动电路之电源电路输出的正向偏压和负向偏压电源，其基极分别串联一设置各自开关区的稳压管后并联、作为与其输入级连接的输入端，两管集电极分别经限流电阻后并联至IGBT栅极；其输入级是由开断输入指令控制信号的驱动电路构成，其输出端连接至输出级的并联点处。
本实用新型设计提供的绝缘栅双极晶体管IGBT驱动电路设计，其电路器件组成少，具有开关响应快的特点，因而能够有效地提高IGBT器件的工作频率。本技术力案的集电极互补推挽功率放大器为主体的驱动电路，由于其推挽管集电极饱合压降仅为0.2-0.3V，所以其负载电压接近于IGBT正负电源电压，有利于保障电压型驱动开关器件IGBT的可靠工作；其次，推挽功率管工作于开关区而非放大区，其驱动电路输入级电压波动小，因而开关响应快，驱动功率小，能量消耗小，容易实现电源电磁隔离；再次，其推挽功率管基极所串接设置的稳压管，可以由输入级小电平幅度差实现后级高电平差输出驱动，从而充分体现了其驱动电路设计的合理性。若配置实现其电磁隔离的DC/DC转换电源电路，其电路结构就更为简化，控制引脚也只有7-8个，其体积也大大缩小，其产品尺寸不大于75×35×27mm3，若背负于IGBT模块中，控制引脚数会缩减至4-5个。
图1为本IGBT模块驱动电路的电路原理图图2为IGBT模块工作过电流的监测保护电路的电路原理图图3为IGBT驱动电路的DC/DC转换电源电路的电路原理图具体实施方式
本实用新型的绝缘栅双极晶体管IGBT模块驱动电路设置连接于IGBT的栅极(或称门极)G端，该驱动电路的输出级是由PNP型和NPN型两开关功率三极管Q2、Q3组成的集电极互补推挽功率驱动电路构成，两开关推挽管Q2、Q3的射极端为构成绝缘栅双极晶体管IGBT开启、关断的直流驱动正负偏压+15V、-7V的电源连接端，其中的PNP型推挽管Q2射极连接的是提供IGBT开通的正向偏压+15V电源，NPN型推挽管Q3射极提供的是IGBT关断的负向偏压-7V电源；两开关推挽管Q2、Q3的基极端分别正向串联一稳压管DW3、DW4及限流电阻R12、R13后并接，作为与输入级相连接的输入端，两开关推挽管Q2、Q3通过各自串联的稳压管之稳压参数的设定来设置开关推挽管Q2、Q3的开关工作区。该驱动电路的输入级为开断控制指令信号的放大驱动电路，它是由射极跟随器Q1和驱动与非门构成的驱动电路，其输出端与互补推挽电路并联点连接；在本实施例中，为实现对IGBT导通状态的负载回路过电流故障的监测保护，其驱动电路的输入级的驱动与非门为一双与非门U1AA，其一“与2”信号来源于其输入级射极跟随器Q1的输出信号，其另一“与1”信号来源于如图2所示的监测保护电路输出信号A；经电容C7与电阻R16、R17串联构成了本监测保护电路的电压采样电路，经稳压管DW5耦合连接至开关管Q4的输入端构成故障电压启动电路，开关管Q4输出端经双与非门U1BA和双与非门U1CA，输出经二极管D3连接至IGBT驱动电路的双与非门U1AA的“与1”端，共同构成本监测保护电路。其电压采样电路的电源端取自于正向偏压开关推挽管的输出端C，两电阻R16、R17之间的结点经快速二极管D2与采样取样端——IGBT模块的漏极D联接，以检测IGBT导通时VDS的高低来判断是否发生短路。IGBT模块正常工作时，电容C7上无法形成启动开关管Q4的启动电压，当IGBT发生过电流故障时，IGBT漏极D——源极S之间的导通电压高出正常值，就在电容C7充电形成稳压管DW5的击穿电位而导通，双与非门U1BA的一输入端变低，将其输出端拉高、迫使与非门U1CA输出低电平，经二极管D3拉低双与非门U1AA的一输入电平，从而输出高电平来封锁IGBT的开通信号，其双与非门U1CA的输出信号端经电阻R22馈联至双与非门U1BA的一与输入端，拉低双与非门U1BA的一个输入端，从而实现监护保护电路动作自锁。同时为使该监测保护电路能够同步输出IGBT故障信号ERR，与非门U1BA的输出端经光电隔离耦合管U2输出故障信号ERR。
对于工作于高电压、大电流、高频率的工作环境中的IGBT模块，为了避免其工作对于周围电路的干扰影响，就应对其驱动电路工作电源部分采用严格的电磁隔离措施，即其驱动电路的电源电路设计采用实施电磁隔离的直流DC/直流DC转换电路，在本实施例中，其电磁隔离直流/直流转换电路是由脉宽调制开关电源电路和电磁耦合整流稳压电路构成，如图3所示，以脉宽调制驱动模块U2及外围元件组成开关电源电路，经变压器BD、由其次级输出两路整流稳压电路，分别为IGBT模块输出正向偏置电压+15V、负向偏置电压-7V。
针对于IGBT模块的电感负载，为避免其电感负载BD2对IGBT关断过电压的影响，其反向并联于IGBT输出设有快恢复二极管D4，还并联设有电容C9和电阻R26组成的变压器电感负载放电能量吸收电路，并联于电阻R26两端设有单向导通二极管D5。为解决本吸收电路工作时放电电阻R26工作过热状态，在图1中其虚线引出部分为取代放电电阻R26的电路结构，该电路结构中设置有由升压变压器BD3构成的升压馈送电路，其变压器次级升压端经二极管D7馈送至电源端VCC，变压器初级端串联设有单向放电二极管D6和限流电阻R27。
权利要求1.一种IGBT模块驱动电路，其特征在于其输出级是由PNP、NPN型两开关三极管(Q2、Q3)连接构成供给IGBT开断驱动信号的集电极互补推挽功率驱动电路，两驱动三极管的射极输入端分别连接该驱动电路之电源电路输出的正向偏压和负向偏压电源，其基极分别串联一设置各自开关区的稳压管(DW3、DW4)后并联、作为与其输入级连接的输入端，两管集电极分别经限流电阻后并联至IGBT栅极；其输入级是由开断输入指令控制信号的驱动电路构成，其输出端连接至输出级的并联点处。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块驱动电路，其特征在于其输入驱动级电路是由射极跟随器(Q1)和与非门构成。
3.根据权利要求2所述的IGBT模块驱动电路，其特征在于其输入驱动级电路的与非门为一双与非门(U1AA)，其一“与”信号来源于射极跟随器(Q1)的输出信号，其另一“与”信号来源于监测保护电路输出信号(A)；经电容(C7)与电阻(R16、R17)串联构成监测保护电路的电压采样电路，经稳压管(DW5)耦合连接至开关管(Q4)的输入端构成故障电压启动电路，开关管(Q4)输出端经双与非门(U1BA)和双与非门(U1CA)，经二极管(D3)输出连接至IGBT驱动电路的双与非门(U1AA)的一“与”输入端A，共同构成本监测保护电路；其电压采样电路的电源端取自于正向偏压开关推挽管(Q2)的输出端(C)，两电阻(R16、R17)之间的结点经快速二极管(D2)与采样取样端——IGBT模块的漏极D联接。
4.根据权利要求1所述的IGBT模块驱动电路，其特征在于其电源电路为实现电磁隔离的直流DC/直流DC转换电路，该电源电路是由脉宽调制开关电源电路和电磁耦合整流稳压电路构成。
5.根据权利要求4所述的IGBT模块驱动电路，其特征在于直流DC/直流DC转换电路是以脉宽调制驱动模块(U2)及外围元件组成开关电源电路，经变压器(BD1)、由其次级输出两路整流稳压电路，分别为IGBT模块输出正向偏置电压和负向偏置电压。
6.根据权利要求1所述的IGBT模块驱动电路，其特征在于反向并联于IGBT输出设有快恢复二极管(D4)，还并联设有电容(C9)和升压变压器(BD3)初级线圈相串联的电感负载放电能量吸收电路，并联于升压变压器(BD3)初级线圈两端设有单向导通二极管(D5)，其变压器次级升压端经二极管(D7)馈送至电源端(VCC)，变压器初级端串联设有单向放电二极管(D6)和限流电阻(R27)。
专利摘要为解决现有IGBT模块驱动电路所存在的电路构成复杂、模块I/O及电源接口引线多、模拟功率放大电路不利于其开断工作等技术弊病，本实用新型提供的IGBT模块驱动电路技术方案，采用了集电极互补推挽功率放大器的IGBT驱动电路，其电路结构大为简化，具有输入级电压波动小、开关响应快、驱动功率小、易实现电源电磁隔离等技术特点，由于充分体现了其驱动电路设计的合理性，从而才能充分发挥IGBT模块的工作优越性能。
文档编号H03K17/08GK2836340SQ20052009332
公开日2006年11月8日 申请日期2005年11月2日 优先权日2005年11月2日
发明者张继科 申请人:张继科