一种隔离型IGBT管正负压驱动电路及其方法与流程

本发明涉及igbt驱动领域，具体涉及一种隔离型igbt管正负压驱动电路及其方法。

背景技术：

1、igbt(insulated gate bipolar transistor，隔离栅双极晶体管)是一种大功率半导体器件，具有晶体管和mosfet的特性，被广泛应用于新能源汽车、光伏、风电、高铁等领域。igbt的主要作用是在高功率电路中实现电流的控制和开关功能。由于igbt在工作过程中承受较大的功率和电压，安全可靠地驱动igbt成为一种重要的技术难题。

2、目前，驱动igbt的方法之一是通过光耦隔离实现。光耦隔离器件通常由发光二极管(led)和光敏晶体管(phototransistor)组成。工作原理是通过电流驱动led，使其产生光信号，进而控制光敏晶体管的电导。光敏晶体管输出的电流信号用于控制igbt的驱动电路。光耦隔离器件能够实现电气隔离，防止高电压和高电流影响控制电路，从而提高系统的安全性。此外，光耦隔离器件具有高绝缘电阻、低耦合电容和低传导电阻等特点，有助于减少信号传输的干扰和损耗。

3、尽管光耦隔离器件在驱动igbt方面具有一定的优势，但仍存在一些缺点。首先，光耦隔离器件的响应速度较慢，受到光敏元件的特性限制，无法满足高速开关要求。这可能导致igbt在切换过程中产生不稳定的过渡过程，影响系统的性能和效率。其次，光耦隔离器件的隔离电压受到限制。由于工艺和材料的限制，光耦隔离器件的隔离电压较低，难以满足高压电路的需求。在一些高压应用中，需要额外的电压转换和隔离措施，增加了系统的复杂性和成本。此外，光耦隔离器件还存在一定的温度特性和寿命方面的局限性。在高温环境下，光耦隔离器件的性能可能会受到影响，导致驱动igbt的可靠性下降。另外，光耦隔离器件的寿命有一定的使用限制，可能需要定期更换或维护。

技术实现思路

1、本发明提供一种隔离型igbt管正负压驱动电路及其方法，目的是有效解决光耦隔离的速度低、隔离电压不足的缺点。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种隔离型igbt管正负压驱动电路，包括隔离供电单元、信号传输单元、正负压转换单元和栅极驱动单元；

4、所述隔离供电单元的输入端用于接收外部供电；

5、所述隔离供电单元的输出端用于给信号传输单元、正负压转换单元和栅极驱动单元供电；

6、所述信号传输单元的输入端用于接收外部信号；

7、所述信号传输单元的输出端用于给栅极驱动单元的输入端提供信号；

8、所述正负压转换单元的输入端与隔离供电单元的输出端相连；

9、所述正负压转换单元的输出端与栅极驱动单元的输入端相连；

10、所述栅极驱动单元的输出端用于驱动igbt管。

11、进一步地，所述隔离供电单元包括接地电阻rf-set、压控振荡器、第一运算放大器dc1、第二运算放大器dc2、第一驱动mos管q1和第二驱动mos管q2；

12、所述接地电阻rf-set一端接地，另一端与所述压控振荡器相连；

13、所述压控振荡器分别与第一运算放大器dc1、第二运算放大器dc2的输入端相连；

14、所述第一运算放大器dc1的输出端与第一驱动mos管q1的栅极；

15、所述第二运算放大器dc2的输出端与第二驱动mos管q2的栅极；

16、所述第一后驱动mos管q1的源极和第二后驱动mos管q2的源极分别接地。

17、进一步地，所述隔离供电单元还包括第一变压器t1和第二变压器t2；

18、所述第一变压器t1初级的一端连接所述第一运算放大器dc1的输出端；

19、所述第一变压器t1初级的另一端连接所述第二运算放大器dc2的输出端；

20、所述第二变压器t2的初级输入15v电压；

21、所述第二变压器t2初级的两端分别连接第一后驱动mos管q1的漏极和第二后驱动mos管q2的漏极。

22、进一步地，所述信号传输单元将输入的pwm信号的上升沿和下降沿拆分为两组脉冲信号，通过脉冲变压器隔离后转换回原pwm信号。

23、进一步地，所述正负压转换单元包括第三运算放大器amp1、恒流源、二极管d1和电阻r；

24、所述第三运算放大器amp1的正相输入端输入6v电压；

25、所述第三运算放大器amp1的反相输入端连接电阻r和恒流源；

26、所述电阻r的一端连接隔离供电单元，电阻r的另一端分别连接二极管d1的阴极、第一运算放大器amp1的反相输入端；

27、所述第三运算放大器amp1的输出端连接二极管d1的阳极。

28、进一步地，所述正负压转换单元还包括第四运算放大器amp2和电阻r2；

29、所述第四运算放大器amp2的正相输入端连接电阻r的另一端和二极管d1的阴极；

30、所述第四运算放大器amp2的反相输入端连接电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接第四运算放大器amp2的输出端；

31、所述正负压转换单元将隔离供电单元传输的25v电源转换为高电平和低电平两路，分别传输给栅极驱动单元。

32、进一步地，所述栅极驱动单元包括第一电平转换模块、第二电平转换模块、第五运算放大器dc3和第六运算放大器dc4；

33、所述第五运算放大器dc3和所述第六运算放大器dc4均输入10v电压；

34、所述第一电平转换模块和第二电平转换模块发送相同的高电平或低电平信号；

35、所述第一电平转换模块与所述第五运算放大器dc3输入端连接；

36、所述第二电平转换模块与所述第六运算放大器dc4输入端连接。

37、进一步地，所述栅极驱动单元还包括第三驱动mos管q3和第四驱动mos管q4、开通回路栅极电阻rgon和关断回路栅极电阻rgoff；

38、所述第五运算放大器dc3输出端连接第三驱动mos管q3的栅极；

39、所述第六运算放大器dc4输出端连接第四驱动mos管q4的栅极；

40、所述第一电平转换模块向第五运算放大器dc3输入信号控制第三驱动mos管q3开通关闭；

41、所述第二电平转换模块向第六运算放大器dc4输入信号控制第四驱动mos管q4开通关闭；

42、第一电平转换模块和第二电平转换模块发送高电平信号，第三驱动mos管q3开通，第四驱动mos管q4关闭；

43、第一电平转换模块和第二电平转换模块发送低电平信号，第三驱动mos管q3关闭，第四驱动mos管q4开通；

44、所述第三驱动mos管q3连接开通回路栅极电阻rgon的一端；

45、所述第四驱动mos管q4连接关断回路栅极电阻rgoff的一端；

46、所述开通回路栅极电阻rgon的另一端连接igbt管；

47、所述关断回路栅极电阻rgoff的另一端连接igbt管。

48、一种隔离型igbt管正负压驱动方法，包括以下步骤：

49、s1，将外部供电经变压器隔离后传输给电路其余单元使用；

50、s2，将外部信号转换为两组脉冲信号经变压器隔离后转换回原信号；

51、s3，根据s2传输的脉冲信号，将s1中供给的电能转换为正负电；

52、s4，根据s2传输的信号经过电平转换，切换开通回路或关断回路；当s3得到的是正电，则控制igbt开通；当s3传输的是负电，则控制igbt关断。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

54、1)降低成本：相比传统的光耦隔离器件，本发明可以降低成本。传统的光耦隔离器件需要额外的元件和电路来实现隔离和驱动功能，增加了系统的复杂性和成本。而本发明采用新的驱动方法，可以简化电路结构，减少所需元件数量，从而降低成本。

55、2)提高响应速度：本发明的驱动方法可以提高igbt的响应速度。相比光耦隔离器件的限制，本发明采用的新技术能够实现更快的开关速度，减少切换过程中的过渡时间，提高系统的稳定性和性能。

56、3)提供更高的隔离电压：本发明的驱动方法具有更高的隔离电压能力。传统光耦隔离器件由于工艺和材料的限制，隔离电压较低，难以满足高压电路的需求。而本发明的新技术可以提供更高的隔离电压能力，满足高压应用的要求，减少了额外的电压转换和隔离措施。

57、4)提高可靠性和寿命：本发明的驱动方法可以提高igbt的可靠性和寿命。相比光耦隔离器件在高温环境下可能受到影响的问题，本发明采用的新技术具有更好的温度特性，可以在高温环境下工作稳定。此外，本发明的驱动方法还能够提高系统的寿命，减少维护和更换的频率，降低了使用成本。