一种高可靠性的IGBT驱动电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高可靠性的IGBT驱动电路，IGBT驱动电路中包括控制电路和被驱动IGBT，控制电路包括供电电路、电压放大电路、脉冲电路，控制电路的驱动三极管基极输入端增加了电容，即驱动三极管基极并联电容，采用慢降栅压技术来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的dv/dt和uce的峰值，达到短路保护的目的；被驱动IGBT栅极串联电阻，降低栅极驱动电压的上升速率，抑制电流的峰值，使栅极电路的阻抗足够低，以尽量降低意外的电压尖峰损害，消除负面影响。解决了现有技术IGBT驱动电路中，IGBT的栅极‑发射极间存在着较大的寄生电容，产生不利于IGBT开通和关断的因素，及栅极－集电极电容Cgc的密勒效应，引起意外的电压尖峰损害的问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及IGBT
，尤其涉及一种高可靠性的IGBT驱动电路。
技术介绍
IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。IGBT是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有μA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容(几千至上万pF)，在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数A的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。IGBT作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压，过高的电流变化率会引起过电压，为此需要采用软关断技术，因而掌握好IGBT的驱动和保护特性是十分必要的。IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般只能达到20～30V，因此栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极－集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此通常在栅极连线中串联小电阻可以抑制振荡电压。如图1、2所示，现有的IGBT驱动电路中，由于IGBT的栅极－发射极和栅极－集电极间存在着分布电容Cge和Cgc，以及发射极驱动电路中存在有分布电感Le，这些分布参数的影响，使得IGBT的实际驱动波形与理想驱动波形不完全相同，并产生了不利于IGBT开通和关断的因素。如图3所示，在t0时刻，栅极驱动电压开始上升，此时影响栅极电压uge上升斜率的主要因素只有Rg和Cge，栅极电压上升较快。在t1时刻达到IGBT的栅极门槛值，集电极电流开始上升。从此时开始有2个原因导致uge波形偏离原有的轨迹。首先，发射极电路中的分布电感Le上的感应电压随着集电极电流ic的增加而加大，从而削弱了栅极驱动电压，并且降低了栅极－发射极间的uge的上升率，减缓了集电极电流的增长。其次，另一个影响栅极驱动电路电压的因素是栅极－集电极电容Cgc的密勒效应。t2时刻，集电极电流达到最大值，进而栅极－集电极间电容Cgc开始放电，在驱动电路中增加了Cgc的容性电流，使得在驱动电路内阻抗上的压降增加，也削弱了栅极驱动电压。显然，栅极驱动电路的阻抗越低，这种效应越弱，此效应一直维持到t3时刻，uce降到零为止。它的影响同样减缓了IGBT的开通过程。在t3时刻后，ic达到稳态值，影响栅极电压uge的因素消失后，uge以较快的上升率达到最大值。由图3波形可看出，由于Le和Cgc的存在，在IGBT的实际运行中uge的上升速率减缓了许多，这种阻碍驱动电压上升的效应，表现为对集电极电流上升及开通过程的阻碍。为了减缓此效应，应使IGBT模块的Le和Cgc及栅极驱动电路的内阻尽量小，以获得较快的开通速度。IGBT关断时的波形如图4所示。t0时刻栅极驱动电压开始下降，在t1时刻达到刚能维持集电极正常工作电流的水平，IGBT进入线性工作区，uce开始上升，此时，栅极－集电极间电容Cgc的密勒效应支配着uce的上升，因Cgc耦合充电作用，uge在t1－t2期间基本不变，在t2时刻uge和ic开始以栅极－发射极间固有阻抗所决定的速度下降，在t3时，uge及ic均降为零，关断结束。由图4可看出，由于电容Cgc的存在，使得IGBT的关断过程也延长了许多。为了减小此影响，一方面应选择Cgc较小的IGBT器件；另一方面应减小驱动电路的内阻抗，使流入Cgc的充电电流增加，加快了uce的上升速度。在实际应用中，IGBT的uge幅值也影响着饱和导通压降：uge增加，饱和导通电压将减小。由于饱和导通电压是IGBT发热的主要原因之一，因此必须尽量减小。通常uge为15～18V，若过高，容易造成栅极击穿。一般取15V。IGBT关断时给其栅极－发射极加一定的负偏压有利于提高IGBT的抗骚扰能力，通常取5～10V。
技术实现思路
本技术是为了解决传统的IGBT驱动电路，IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容，产生了不利于IGBT开通和关断的因素，及栅极－集电极电容Cgc的密勒效应，引起意外的电压尖峰损害的问题，提供一种能实现短路保护，关断电流小，保护器件，IGBT开通时，栅极电路的阻抗足够低，以尽量消除其负面影响的一种高可靠性的IGBT驱动电路。本技术提供的一种高可靠性的IGBT驱动电路，IGBT驱动电路中包括控制电路和被驱动IGBT，控制电路包括供电电路、电压放大电路、脉冲电路，供电电路的输出端连接所述电压放大电路的输入端，电压放大电路的输出端连接脉冲电路的输入端，脉冲电路的输出端连接被驱动IGBT的输入端；控制电路的驱动三极管基极输入端增加了电容，即驱动三极管基极并联电容，采用慢降栅压技术来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的dv/dt和uce的峰值，达到短路保护的目的；被驱动IGBT栅极串联电阻，降低栅极驱动电压的上升速率，抑制电流的峰值，使栅极电路的阻抗足够低，以尽量降低意外的电压尖峰损害，消除负面影响。进一步的，栅极串联电阻的电阻值随着IGBT电流容量的增加而减小。进一步的，供电电路采用用作光电隔离的汽车级光电耦合器ACPL-38JT，实现控制电路与被驱动IGBT栅极的电隔离。与现有技术相比，本技术的有益效果在于:驱动三极管基极并联电容，采用慢降栅压技术来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的dv/dt和uce的峰值，短路保护，关断电流小，保护器件；被驱动IGBT栅极串联电阻，降低栅极驱动电压的上升速率，抑制电流的峰值，使栅极电路的阻抗足够低，以尽量降低意外的电压尖峰损害，消除负面密勒效应影响。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术中IGBT驱动电路图；图2是图1中IGBT中含有寄生电容的等效电路图；图3是图1中IGBT开通时的波形图；图4是图1中IGBT关断时的波形图；图5是本技术具体实施例中高可靠性的IGBT驱动电路的电路图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。如图5所示的本技术的一种高可靠性的IGBT驱动电路，IGBT驱动电路中包括控制电路和被驱动IGBT，控制电路包括供电电路、电压放大电路、脉冲电路，供电电路的输出端连接所述电压放大电路的输入端，电压放大电路的输出端连接脉冲电路的输入端，脉冲电路的输出端连接被驱动IGBT的输入端。IGBT的驱动电路必须具备2个功能：一是实现控制电路与被驱动IGBT栅极的电隔离；二是提供合适的栅极驱动脉冲。实现电隔离可采用脉冲变压器、微分变压器及光电耦合器。采用光耦合器等分立元器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠性的IGBT驱动电路，其特征在于，所述的IGBT驱动电路中包括控制电路和被驱动IGBT，所述控制电路包括供电电路、电压放大电路、脉冲电路，所述供电电路的输出端连接所述电压放大电路的输入端，所述电压放大电路的输出端连接所述脉冲电路的输入端，所述脉冲电路的输出端连接所述被驱动IGBT的输入端；所述控制电路的驱动三极管基极输入端增加了电容，即所述驱动三极管基极并联电容，采用慢降栅压技术来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的dv/dt和uce的峰值，达到短路保护的目的；所述被驱动IGBT栅极串联电阻，降低栅极驱动电压的上升速率，抑制电流的峰值，使栅极电路的阻抗足够低，以尽量降低意外的电压尖峰损害，消除负面影响。

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性的IGBT驱动电路，其特征在于，所述的IGBT驱动电路中包括控制电路和被驱动IGBT，所述控制电路包括供电电路、电压放大电路、脉冲电路，所述供电电路的输出端连接所述电压放大电路的输入端，所述电压放大电路的输出端连接所述脉冲电路的输入端，所述脉冲电路的输出端连接所述被驱动IGBT的输入端；所述控制电路的驱动三极管基极输入端增加了电容，即所述驱动三极管基极并联电容，采用慢降栅压技术来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的dv/dt和uce的峰值...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，
申请(专利权)人：上海众联能创新能源科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31