专利名称：一种igbt限流驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及IGBT(绝缘栅双极晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor)驱动电路，具体涉及一种应用在变频器、开关电源、UPS(不 间断电源)等设备中作为功率开关器件的IGBT的限流驱动电路。
背景技术：
目前，由于绝缘栅双极晶体管IGBT具有容易驱动且能以高的开关 频率处理大电流和高电压的特点，因而国内外大功率变频器、开关电 源、UPS等设备中，广泛使用IGBT作为功率开关器件，因此IGBT 驱动电路就成为关系到变频器等整机工作可靠性的重要电路。
根据IGBT的输出特性可知，在同样的集电极电流的情况下，正向 栅极、发射极之间的驱动电压(以下筒称栅极驱动电压)越高，则导通时 集电极、发射极之间的饱和压降(以下筒称集射饱和压降)就越低，所以 在负载正常的条件下，希望IGBT导通时的栅极驱动电压的幅度高一 点，如+20V(伏)。但是，如果负载短路时，高的驱动电压将导致高的 短路电流，瞬时功耗大甚至导致IGBT器件爆裂损坏，所以负载短路时， 期望栅极驱动电压的幅度低一点，如+10V,低的栅极驱动电压使IGBT 器件短路承受能力增强、短路承受时间延长。
下面举个具体IGBT器件的例子，说明栅极驱动电压的影响有多 大。如德国英飞凌科技公司的IGBT模块FF300R17KE3,根据 FF300R17KE3数据手册(该公司网站www.infineon.com公开的文件DS—FF300R17KE3—2—1.pdf, 2006年4月27日发布，版本2.1)可见， 第1页说明在栅极驱动电压VGE为15V时短路电流lsc为1200A(安)，
第4页集电极电流lc与栅极驱动电压VGE的关系图中，在V(3E为10V
时集电极电流lc不超过400A,可见差异明显。第4页集电极电流lc 与集射压降VcE的关系图中，在集电极电流lc为200A条件下，栅极驱 动电压V(3E为15V、 10V时对应的集射压降VCE，前者小于后者0.5V 以上，两者的通态(导通状态下)功耗差异有100W(瓦)，栅极驱动电压
VcjE高时集射压降VcE、通态功耗都相对较低。
由于目前的IGBT驱动电路的输出电压不能动态调节，只输出一个 正向电压数值，这就需要折衷集射饱和压降、短路承受能力之间的矛 盾，通常把栅极驱动电压选择在+15V左右，两者都不是最佳，不能实 现两全其美。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种IGBT限流驱动电 路，能在负载正常时用高栅极驱动电压，而在负载短路时用低栅极驱 动电压。
本发明技术问题这样解决，构建一种IGBT限流驱动电路，包括依 次串联连接在驱动信号Vin与IGBT栅极之间的第一电阻R1和信号緩 沖单元U1，还包括信号缓沖单元U1驱动信号Vin输入端与工作地之 间串接的并联稳压单元U3和压控开关U2，所述压控开关U2的控制 端与IGBT集电极连接，该压控开关U2这样工作IGBT负载短3各时， 高的IGBT集电极电压VcE控制压控开关U2闭合；IGBT负载正常时， 大幅下降的IGBT集电极电压VcE控制压控开关U2断开。这样采用高电压驱动信号Vin和低电压并联稳压单元U3^^可以在负载正常时用高 栅极驱动电压一驱动信号Vin，而在负载短路时用低栅极驱动电压一并 联稳压单元U3的稳压值。上述IGBT发射极接工作地。
按照本发明提供的IGBT限流驱动电路，并联稳压单元U3和压控 开关U2的连接方式有两种
(-)所述信号緩冲单元U1驱动信号Vin输入端与工作地之间依次 串接并联稳压单元U3和压控开关U2。
仁)所述信号缓沖单元U1驱动信号Vin输入端与工作地之间依次 串接压控开关U2和并联稳压单元U3。
按照本发明提供的IGBT限流驱动电路，所述并联稳压单元U3由 第一二极管D1、第一稳压管DW1串联构成，其中第一二极管D1的 阴极接第一稳压管DW1的阴极，阳极作为并联稳压单元的高电压端， 所述第一稳压管DW1的阳极作为并联稳压单元的低电压端。
按照本发明提供的IGBT限流驱动电路，所述压控开关由第二二极 管D2、第二稳压管DW2、 NPN三极管Q1、第二电阻R2和第三电阻 R3组成，其中正工作电源VCC依次串联第二电阻R2、第二稳压管 DW2、第三电阻R3到参考地GND，所述第二稳压管DW2的阴极连 接第二电阻R2，阳极连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射 极接参考地，集电极接所述并联稳压单元的低电压端，所述第二二极 管D2的阴极连接IGBT集电极，阳极接第二稳压管DW2的阴极。
按照本发明提供的IGBT限流驱动电路，所述并联稳压单元U3的 稳压值是8 ~ 12伏，所述驱动信号Vin的幅度值是13 ~ 20伏。。
本发明提供的IGBT限流驱动电路，利用连接IGBT集电极的压控 开关自动识别负载短路与否，并通过压控开关控制与其串接的并联稳 压单元有效与否，结合驱动信号动态调节IGBT栅极驱动电压，实现IGBT低功耗和安全运行，对变频器等设备的可靠运行提供有利的保障。
下面结合附图和具体实施例进一 步对本发明进行详细说明。
图1是本发明IGBT限流驱动电路原理框图2是图1所示电路的一种具体实施例电路原理图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的一种IGBT限流驱动电路，其主要包括 一个受控IGBT;
一个信号缓冲单元U1，其输入端经过第一电阻R1与驱动信号 Vin相连，输出端连接受控绝缘栅双极晶体管IGBT的栅极，所述IGBT 的发射极接参考地GND;
一个压控开关U2和一个并联稳压单元U3，其中压控开关U2的 正"+"、负"一"输入端分别连接上述IGBT的集电极、发射极，输出 端接并联稳压单元U3的低电压端"-"，所述并联稳压电路U3的高电 压端"+，，连接上述信号缓沖单元U1的输入端。
如图2所示，本发明实施例的一种IGBT限流驱动电路，其主要 包括
一个受控IGBT;
一路正工作电源VCC、参考地GND;一个信号緩沖单元U1,其输入端经过第一电阻R1与驱动信号
Vin相连，输出端连接受控绝缘栅双极晶体管IGBT的栅极，所述IGBT 的发射极接参考地；
一个压控开关和一个并联稳压单元，所述并联稳压单元由第一二 极管D1、第一稳压管DW1串联构成，其中第一二极管D1的阴极接 第一稳压管DW1的阴极，阳极作为并联稳压单元的高电压端"+",所 述第一稳压管DW1的阳极作为并联稳压单元的低电压端"-"。
所述压控开关由第二二极管D2、第二稳压管DW2、 NPN三极管 Q1、第二电阻R2、第三电阻R3组成，其中工作电源VCC依次串 联第二电阻R2、第二稳压管DW2、第三电阻R3到参考地GND,所 述第二稳压管DW2的阴极连接第二电阻R2，阳极连接第三电阻R3 和三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接参考地，集电极接并 联稳压电路的低电压端"-",所述第二二极管D2的阴极连接受控IGBT 的集电极，阳极接第二稳压管DW2的阴极。
下面详细介绍本发明的一种IGBT限流驱动电^各的工作原理。
为描述方便，当未指明参考点的电压均相对于参考地，也就是 IGBT的发射极。
受控IGBT关断期间，其集射电压VcE较高，会大于压控开关的阈 值电压，压控开关的输出短路到参考地，为并联稳压单元提供通路。
当输入驱动信号Vin的电压上升时，信号緩冲单元U1的输入端、 输出端同步上升，驱动IGBT进入导通状态。
当负载短路时，IGBT的集射电压Vce不会下降太多，仍然会大于 压控开关的阈值电压，压控开关的输出短路到参考地，为并联稳压单 元提供通路，由于并联稳压单元的箝位作用，将信号緩冲单元U1的输 入端、输出端电压限制在并联稳压单元的稳压值上，该稳压值设置得较低，如10V,此时IGBT的短路集电极电流被控制在较小的数值上， 功耗也被限制在可接受的范围内，对保护IGBT有利。
当负载正常时，即使在栅极驱动电压为并联稳压单元的稳压值， IGBT的集射电压VcE也会大幅度下降，直至小于压控开关的阈值电压， 压控开关的输出端开路，并联稳压单元失去通路而不起箝位作用，信 号緩冲单元U1的输入端、输出端电压会继续上升到与输入驱动信号 Vin相同，把Vin设计得较高如+18V,使IGBT的集射电压VCE下降得 更低。
可见，本发明的一种IGBT限流驱动电路能自动识别负载短路与 否，动态调节IGBT栅极驱动电压，实现IGBT低功耗和安全运行，对 变频器等设备的可靠运行提供有利的保障。
如图2所示，并联稳压单元的稳压值由稳压管DW1调节，压控开 关的阈值电压由稳压管DW2调节。
压控开关的工作过程如下，电源VCC通过电阻R2、 二极管D2 检测IGBT的集射电压VCE,在稳压管DW2的阴极得到VCE、 二极管 D2的导通压降(约0.7V)之和的电压(最大为电源VCC电压)，该电压 若大于阈值电压(等于稳压管DW2的反向击穿电压与NPN三极管Q1 的基极、发射极导通电压约0.7V之和)，则三极管Q1的集电极饱和 导通到参考地，为并联稳压电路提供通路；反之，三极管Q1截止，其 集电极开路，并联稳压电路失去通路而不起作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所 做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
权利要求
1、一种IGBT限流驱动电路，包括依次串联连接在驱动信号(Vin)与IGBT栅极之间的第一电阻(R1)和信号缓冲单元(U1)，其特征在于，还包括信号缓冲单元(U1)驱动信号(Vin)输入端与工作地之间串接的并联稳压单元(U3)和压控开关(U2)，所述压控开关(U2)的控制端与IGBT集电极连接该压控开关(U2)这样工作IGBT负载短路时，高的IGBT集电极电压(VCE)控制压控开关(U2)闭合；IGBT负载正常时，大幅下降的IGBT集电极电压(VCE)控制压控开关(U2)断开。2根据权利要求1所述IGBT限流驱动电路，其特征在于，所述信号缓冲单元(U1)驱动信号(Vin)输入端与工作地之间依次串接并联稳压单元(U3)和压控开关(U2)。
2 根据权利要求1所述IGBT限流驱动电路，其特征在于，所述信 号緩沖单元(U1)驱动信号(Vin)输入端与工作地之间依次串接并联稳 压单元(U3)和压控开关(U2)。
3、 根据权利要求1所述IGBT限流驱动电路，其特征在于，所述 信号缓冲单元(U1)驱动信号(Vin)输入端与工作地之间依次串接压控 开关(U2)和并联稳压单元(U3)。
4、 根据权利要求1所述IGBT限流驱动电路，其特征在于，所述 并联稳压单元(U3)由第一二极管(D1)、第一稳压管(DW1)串联构成，其 中第一二极管(D1 )的阴极接第一稳压管(DW1 )的阴极，阳极作为并联稳 压单元的高电压端，所述第一稳压管(DW1)的阳极作为并联稳压单元 的低电压端。
5、 根据权利要求1所述IGBT限流驱动电路，其特征在于，所述 压控开关由第二二极管(D2)、第二稳压管(DW2)、 NPN三极管(Q1)、 第二电阻(R2)和第三电阻(R3)组成，其中正工作电源(VCC)依次串联 第二电阻(R2)、第二稳压管(DW2)、第三电阻(R3)到参考地(GND),所述第二稳压管(DW2)的阴极连接第二电阻(R2),阳极连接三极管(Q1) 的基极，所述三极管(Q1)的发射极接参考地，集电极接所述并联稳压 单元的低电压端，所述第二二极管(D2)的阴极连接IGBT集电极，阳极 接第二稳压管(DW2)的阴极。
6、 根据权利要求1所述IGBT限流驱动电路，其特征在于，所述 并联稳压单元(U3)的稳压值是8 ~ 12伏，所述驱动信号(Vin)的幅度值 是13~20伏。
7、 根据权利要求6所述IGBT限流驱动电路，其特征在于，所述 并联稳压单元(U3)的稳压值是10伏，所述驱动信号(Vin)的幅度值是 18伏。
全文摘要
本发明涉及一种IGBT限流驱动电路，包括依次串联连接在驱动信号(Vin)与IGBT栅极之间的第一电阻(R1)和信号缓冲单元(U1)，还包括信号缓冲单元U1驱动信号Vin输入端与工作地之间串接的并联稳压单元U3和压控开关U2，所述压控开关U2的控制端与IGBT集电极连接，该压控开关U2这样工作IGBT负载短路时，高的IGBT集射电压V<sub>CE</sub>控制压控开关U2闭合；IGBT负载正常时，大幅下降的IGBT集射电压V<sub>CE</sub>控制压控开关U2断开。这种IGBT限流驱动电路能自动识别负载短路与否，动态调节IGBT栅极驱动电压，实现IGBT低功耗和安全运行，对变频器等设备的可靠运行提供有利的保障。
文档编号H03K17/60GK101534110SQ20091010662
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者范家闩 申请人:深圳市科陆变频器有限公司