带电平自举和电荷泵电路的双n-mosfet推动级的igbt驱动电路及时序控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力半导体器件驱动技术领域，尤其是一种采用双N-MOSFET推动级的大功率IGBT驱动电路。
【背景技术】
[0002]随着市场对大功率变换器的需求日益旺盛，如新能源、电气化轨道交通的兴起，中高压大功率IGBT (绝缘栅双极型晶体管)得到广泛应用。与低压小功率IGBT不同，中高压大功率IGBT运行条件更为恶劣，对驱动电路抗干扰能力要求更高，如果IGBT由于复杂的电磁环境不能可靠地开通或关断，易引起短路故障或工作在线性区造成损耗过大而损坏；在短路故障发生时，流过IGBT的电流可达额定电流的4倍，由于主电路寄生电感的存在，如果采取硬关断的方式，会在IGBT集-射极产生极大的尖峰电压，导致IGBT过压损坏。
[0003]如图1所示，现有的由NPN与PNP构成的推挽式推动级驱动电路包括NPN三极管Ql和PNP三极管Q2，这两个三极管基极并接，基极输入驱动信号指令，发射极也并接，发射极的并接点经门极电阻与IGBT门极相连，三极管Ql集电极连接VCC，三极管Q2集电极连接VEE,上述传统推动级电路能可靠的开通或关断IGBT。
[0004]但是，由于在IGBT的开通关断过程中三极管工作在线性区，损耗较大；且在实际应用中由于单个三极管芯片电流较小，对于驱动大功率IGBT需多个并联，增加了驱动电路板面积。当IGBT发生短路故障时，为了控制短路故障时IGBT的关断速度，降低关断尖峰电压，当前已公开了部分解决方案，该技术能降低IGBT短路故障时的关断速度，但在进行短路保护时同时有两条支路导通，不利于准确控制IGBT的关断速度，参数设计难度较大。
【发明内容】
[0005]发明目的:提供一种采用双N-MOSFET推动级的大功率IGBT驱动电路，以克服现有技术存在的上述缺陷。
[0006]技术方案:一种采用双N-MOSFET推动级的大功率IGBT驱动电路，包括自举电路、电荷泵电路、双N-MOSFET半桥推动级电路和短路保护电路；
[0007]其中，所述自举电路包括电平自举电路、自举电容(；。。,及自举二极管DI ;电荷泵电路包括自激振荡电路和二极管D2 ;双N-MOSFET半桥推动级电路由上端N-MOSFET开关管SI与下端N-MOSFET开关管S2串联构成；短路保护支路由电阻&。?与N-MOSFET开关管S3构成；
[0008]电平自举电路输入为驱动控制信号，输出分别连接所述上端N-MOSFET开关管SI和下端N-MOSFET开关管S2的门极；
[0009]电荷泵电路通过二极管D2连接所述自举电容CbOTt，在上端N-MOSFET开关管SI导通时给自举电容Cbtrat充电；
[0010]所述上端N-MOSFET开关管SI的门极与自举电路输出连接，漏极与电源VCC连接，所述下端N-MOSFET开关管S2的门极连接自举电路输出引脚，源极连接电源VEE，上端N-MOSFET开关管SI的源极与下端N-MOSFET开关管S2的漏极及自举电容Cbwt连接，该连接点和门极电阻Rg的一端相连，门极电阻Rg的另一端连接IGBT门极，
[0011]电阻艮。?的一端与IGBT门极相连，电阻Rstjft的另一端和开关管S3的漏极相连，开关管S3的源极和地相连，门极与保护控制信号相连。
[0012]工作原理:上述自举电路与电荷泵电路为双N-MOSFET推动级电路的驱动电路，电平自举电路完成信号调理、上端N-MOSFET开关管SI和下端N-MOSFET开关管S2的控制；上端N-MOSFET开关管SI与下端N-MOSFET开关管S2互补导通，在下端N-MOSFET开关管S2导通时通过Vl —自举二极管Dl —自举电容Cbtrat回路对自举电容充电，上端N-MOSFET开关管SI导通时，其门极电压为自举电容Cbwt的电压。
[0013]在低频应用场合，自举电容电压不能维持上端N-MOSFET开关管SI导通，引入电荷泵电路，在上端N-MOSFET开关管SI导通阶段给自举电容充电，维持SI门极电压，提高电路的可靠性、扩大了电路应用场合。
[0014]上述IGBT短路保护电路采用与门极连接的第三条支路方法，通过电阻Rstjft与开关管S3连接IGBT门极与地，同时配合双N-MOSFET推动级电路，在短路故障发生时，S1、S2断开，而短路保护支路开关管S3导通，门极电荷通过RS()ft— S3 — GND回路放电，由于R _大于门极电阻Rg且短路保护支路与地连接，可降低IGBT关断速度，同时也就降低了 IGBT尖峰电压。
[0015]进一步的，上述带电平自举和电荷泵电路的双N-MOSFET推动级的IGBT驱动电路的短路保护时序控制方法，
[0016]当IGBT正常工作时，双N-MOSFET驱动级电路的上端N-MOSFET开关管SI及下端N-MOSFET开关管S2根据驱动信号指令互补导通，短路保护电路的N-MOSFET开关管S3截止;
[0017]当驱动信号为低时，下端N-MOSFET开关管S2导通，上端N-MOSFET开关管SI关断，自举电容通过Vl、自举二极管Dl、自举电容CbMt、下端N-MOSFET开关管S2回路进行充电，Vge= VEE, IGBT 关断；
[0018]当驱动信号为高时，上端N-MOSFET开关管SI导通，下端N-MOSFET开关管S2关断，自举电容通过电荷泵电路、二极管02、自举电容(；。。,回路进行充电，￥<^=￥^，IGBT导通；
[0019]当IGBT出现短路过流故障时，双N-MOSFET驱动级电路的上端N-MOSFET开关管SI及下端N-MOSFET开关管S2根据指令进行关断，短路保护支路N-MOSFET开关管S3导通，IGBT门极电荷通过电阻Rstjft放电，门极电压V eE缓慢下降，降低IGBT关断速度，从而实现IGBT短路保护。
[0020]有益效果:本发明降低了整个驱动器电路的损耗且降低了电路成本；短路保护电路可准确控制IGBT短路故障时电流下降速率，降低IGBT关断尖峰电压。
【附图说明】
[0021 ] 图1是现有的由NPN与PNP构成的推挽式推动级驱动电路示意图。
[0022]图2是带自举电路与电荷泵电路的双N-MOSFET驱动级的IGBT驱动电路示意图。
[0023]图3为各开关管工作逻辑示意图。
[0024]图4为该驱动器测试平台电路示意图。
[0025]图5a为与驱动开关管工作逻辑相对应的功率开关管工作波形图。
[0026]图5b为功率开关管正常运行时波形图。
[0027]图5c为功率开关管短路故障时波形图。
[0028]附图标记:Udc一一母线直流电压；L一一负载电感；Cd。一一支撑电容；S1?S3—一驱动开关管及驱动信号；T1?T2—一功率开关管；SC—一短路故障信号；VeE—一功率开关管门极电压——功率开关管集电极电