一种IGBT栅极自适应驱动系统的制作方法

一种igbt栅极自适应驱动系统
技术领域
1.本发明涉及高压功率集成电路领域，特别涉及一种igbt栅极自适应驱动系统。


背景技术：

2.在节能减排、绿色环保和智能控制越来越流行的背景下，电力电子技术在各领域的发展中都起到了不可替代的作用。高压功率集成电路的应用越来越广泛，其主要应用在汽车电子、电机驱动、显示ic、音频集成电路、和开关电源等领域。功率器件在功率集成电路中极其重要，随着半导体技术的发展，igbt成为主要的功率输出器件。igbt结合了bjt和mosfet的优点，具有开关速度快、耐压高、承受电流大、热稳定性好等特点，被广泛使用在大功率应用场合。而igbt栅极驱动芯片如何更好地驱动igbt成为了电路能够稳定可靠运行的关键。
3.igbt栅极电阻的大小会很大程度影响到igbt器件开关电气性能的表现，如表1所示。作为用户希望降低的特性：eon，eoff，导通峰值电流，电压尖峰，emi噪声，适合的导通峰值电流，关断尖峰电流，dv/dt,di/dt。从表1中可以看出，栅极电阻的变化对这些特性的影响是不同的，处于此消彼长的关系，所以在不同的阶段选择适合的栅极电阻会很大程度影响igbt表现出的电气性能。
4.表1栅极电阻变化对igbt开关电气性能的影响
[0005][0006]
从表1可以看出，当igbt的栅极电阻增加时，igbt的所有特性参数不是都升高，同时igbt的栅极电阻降低时，也不是igbt的所有特征参数都会降低，因此，寻求一种可以根据用户的需求适时地调节所述igbt的栅极电阻的大小无疑可以提高该igbt的特性参数以及降低该igbt的开关损耗。


技术实现要素：

[0007]
有鉴于此，本发明提供了一种可以解决上述问题的igbt栅极自适应驱动系统。
[0008]
一种igbt栅极自适应驱动系统，所述igbt具有多个参考导通电压值。所述igbt栅极自适应驱动系统包括一个pwm信号发生装置，多个与所述pwm信号发生装置电性连接的模拟电压转换单元，多个与所述igbt的栅极连接的igbt栅极检测单元和一个igbt集电极检测
单元，多个与所述模拟电压转换单元及igbt栅极检测单元电性及igbt集电极检测单元电性连接的比较单元，以及一个与所述比较单元电性连接的逻辑处理单元。所述pwm信号发生装置用于根据多个所述参考导通电压值输出不同占空比的pwm控制信号。所述模拟电压转换单元用于将相应的所述pwm控制信号转换为模拟电压值。所述igbt栅极检测单元用于检测所述igbt栅极处于不同开通过程或关断过程中的导通电压值。所述igbt集电极检测单元用于检测所述igbt栅极处于关断过程中的导通电压值。所述比较单元用于分别比较所述模拟电压值与相应的导通电压值。所述逻辑处理单元根据所述比较单元所输出的比较值输出二进制的多个开关数字信号串以控制所述igtb的开通过程与导通过程。
[0009]
进一步地，所述模拟电压转换单元的数量与所述igbt栅极检测单元所述igbt栅极检测单元的总数量相当，每一个所述模拟电压转换单元与一个所述igbt集电极检测单元或一个所述igbt栅极检测单元相对应。
[0010]
进一步地，所述模拟电压转换单元的数量及所述igbt栅极检测单元和所述igbt集电极检测单元的数量与所设置的所述参考导通电压值的数量相等。
[0011]
进一步地，所述比较单元的数量与所述igbt栅极检测单元和所述igbt集电极检测单元的总数量相等，并对应设置。
[0012]
进一步地，所述igbt栅极自适应驱动系统还包括一个所述逻辑处理单元电性连接的开通电阻组，所述开通电阻组包括n个第一开关以及n个分别与n个该第一开关串联的开通电阻。
[0013]
进一步地，所述逻辑处理单元将二进制的多个所述开关数字信号组成一个开关控制信号串以控制所述开通电阻组中的开通电阻的开关。
[0014]
进一步地，所述igbt栅极自适应驱动系统还包括一个所述逻辑处理单元电性连接的关断电阻组，所述关断电阻组包括n个第二开关以及n个分别与n个该第二开关串联的关断电阻。
[0015]
进一步地，所述逻辑处理单元将二进制的多个所述关断数据信号组成一个开关控制信号串以控制所述关断电阻组中的关断电阻的开关。
[0016]
进一步地，所述开通电阻组与所述关断电阻组分别与所述igbt的栅极电性连接。
[0017]
进一步地，在所述igbt栅极自适应驱动系统中，由用户向所述pwm信号发生装置发出开关信号。
[0018]
与现有技术相比，本发明提供的igbt栅极自适应驱动系统可以自动根据每个igbt开关过程中，实际的电气参数(栅极、集电极)，生成不同的栅极电阻输出指令信号，从而达到每个igbt最优的开关过程控制。具体地，该igbt栅极自适应驱动系统可以通过用户的信号发生装置设定igbt模块电气参数的参考电压ref_v1,ref_v2,ref_v3,ref_v4，同时通过所述igbt栅极检测单元分别检测相应的栅极电压以及在收到关断信号时通过igbt集电极检测单元检测所述igbt的集电极的电压，通过比较得出相应的导通电阻的开或关，从而使得所述igbt的栅极电阻可以根据实际的情况增加或降低，而不是一直降低或一直升高，从而可以提高该igbt的特性参数以及降低该igbt的开关损耗。
附图说明
[0019]
图1为本发明提供的一种igbt栅极自适应驱动系统的原理框图。
具体实施方式
[0020]
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
[0021]
如图1所示，其为本发明提供的igbt栅极自适应驱动系统的原理框图。所述igbt栅极自适应驱动系统包括一个pwm信号发生装置10，多个与所述pwm信号发生装置10电性连接的模拟电压转换单元20，多个与所述igbt的栅极连接的igbt栅极检测单元30，一个与所述igbt的集电极连接的igbt集电极检测单元80，多个与所述模拟电压转换单元20及igbt栅极检测单元电性30和igbt集电极检测单元80电性连接的比较单元40，以及一个与所述比较单元40电性连接的逻辑处理单元50。可以想到的是，所述igbt栅极自适应驱动系统还包括其他的一些功能模块，如电气连接组件，微处理器，以及二极管，电阻等基本电子元器件等等，其为本领域技术人员所习知的技术，在此不再一一详细说明。
[0022]
在此需要说明的是，所述igbt栅极自适应驱动系统应用于驱动igbt的导通与关断，而所述igbt本身为一种现有技术，且众所周知，每一个igbt本身具有多个参考导通电压值。igbt的参考导通电压值是每一个igbt产品出厂时就核定好的。在本实施例中，所述igbt具有四个参考导通电压值，并分别记为ref_v1、ref_v2、ref_v3、ref_v4，其可以由用户通过产品手册直接获得。
[0023]
所述pwm信号发生装置10本身为现有技术，pwm是pulse width modulation(脉冲宽度调制)的缩写。所述pwm信号发生装置10包括由pwm信号发生电路，其通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形(包含形状以及幅值)，以对模拟信号电平进行数字编码，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化。占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比。在本实施例中，所述pwm信号发生装置10发出4组具有一定占空比的脉冲信号。4组该脉冲信号分别对应四个参考导通电压值，即ref_v1、ref_v2、ref_v3、ref_v4。由于四个所述参考导通电压值是已知的，因此所述pwm信号发生装置发出开关信号即pwm控制信号也是由用户向所述pwm信号发生装置发出。所述pwm信号发生装置10所发出的脉冲信号，经过数模转换，可以得到模拟的信号，如电压信号，电流信号等。在本实施例中，所述pwm信号发生装置10所产生的4组具有一定占空比的信号，经过所述模拟电压转换单元20转换成模拟电压值。
[0024]
所述模拟电压转换单元20包括一个数模转换电路，其用于将pwm信号发生装置10所发出的信号转换为模拟电压值。所述数模转换电路本身应当为现有技术，在此不再赘述。所述模拟电压转换单元20的数量应当与所述pwm信号发生装置10所输出的脉冲信号的数量一致，因此，在本实施例中，所述模拟电压转换单元20的数量也为四个，并分别与所述pwm信号发生装置10的输出端相连接，以接收来自所述pwm信号发生装置10的输出信号并分别将其转换为模拟电压值。可以理解的是，每一个所述模拟电压转换单元20所输出的电压应当分别与四个所述参考导通电压值，即ref_v1、ref_v2、ref_v3、ref_v4相等。
[0025]
所述igbt栅极检测单元30与所述igbt的栅极相连并用于检测该igbt的栅极处于不同开通过程或关断过程中的即时电压，因此所述igbt栅极检测单元30包括一个电压检测电路。所述电压检测电路本身应当为现有技术，其由常用的电阻，三极管等电子元器件组成。所述igbt栅极检测单元30所检测到的igbt的栅极的即时电压传送给所述比较单元40。所述igbt栅极检测单元30的数量应当与所述模拟电压转换单元20的数量相等，即每一个参
考导通电压值对应一个igbt栅极检测单元30，也因此每一个模拟电压转换单元20对应一个所述ibgt棚极检测单元30。
[0026]
所述igbt集电极检测单元80用于在收到关断信号时检测所述igbt的集电极的电压。这是因为在实际操作时，所述igbt在接收到关断信号时，所述igbt的栅极电阻还没有开始作用，其是由ibgt的自有特性决定的。因此在关断时即收到关断信号时，首先需要检测igbt的集电极的电压。
[0027]
所述比较单元40包括一个比较器或比较电路，所述比较器或比较电路本身应当为现有技术。所述比较单元40用于比较所述模拟电压转换单元20所输出的模拟电压值以及所述igbt栅极检测单元30所检测到的导通电压值，并将比较值传送给所述逻辑处理单元50。
[0028]
所述逻辑处理单元50可以为一个微处理器或plc，其接收来自所述比较单元40所输出的比较值，并通过逻辑运算输出一个二进制的开关数字信号串。当所述igbt处理于不同的导通状态时，所述逻辑处理单元50将输出不同的开关数字信号串，如1000、0110、0011、0001等等，从而来控制所述igbt的导通状态。
[0029]
所述igbt栅极自适应驱动系统还包括一个所述逻辑处理单元50电性连接的开通电阻组60，以及一个所述逻辑处理单元50电性连接的关断电阻组70。所述开通电阻组60包括n个第一开关61以及n个分别与n个该第一开关61串联的开通电阻62。当需要打开所述igbt时，用户向所述igbt输出打开信号，同时向所述pwm信号发生装置10输出多个所述参考导通电压值所对应的pwm控制信号。然后由所逻辑处理单元50运算并输出二进制的开关数字信号串，该开关数字信号串用于控制n个所述第一开关61的开关，从而实现n个开通电阻62的导通，进而控制所述igbt的开通状态。所述关断电阻组70包括n个第二开关71以及n个分别与n个该第二开关71串联的关断电阻72。所述关断电阻组70的工作原理与所述开通电阻组60的工作原理相同，即当用户向所述igbt输出关闭所述igbt的关断信号时，所述逻辑处理单元50将二进制的多个所述关断数据信号组成一个开关控制信号以控制所述关断电阻组70中的关断电阻72的开关。
[0030]
与现有技术相比，本发明提供的igbt栅极自适应驱动系统可以自动根据每个igbt开关过程中，实际的电气参数(栅极、集电极)，生成不同的栅极电阻输出指令信号，从而达到每个igbt最优的开关过程控制。具体地，该igbt栅极自适应驱动系统可以通过用户的pwm信号发生装置10设定igbt模块电气参数的参考电压ref_v1,ref_v2,ref_v3,ref_v4，同时通过所述igbt栅极检测单元30分别检测相应的栅极电极以及在收到关断信号时通过igbt集电极检测单元80检测所述igbt的集电极的电压，通过比较得出相应的导通电阻的开或关，从而使得所述igbt的栅极电阻可以根据实际的情况增加或降低，而不是一直降低或一直升高，从而可以提高该igbt的特性参数以及降低该igbt的开关损耗。
[0031]
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。