一种绝缘栅功率管的驱动器制造技术

提供一种IGBT隔离驱动器，由隔离输入单元(A)、接口单元(B)、正负电源分配单元(C)、驱动输出单元(D)、过流检测单元(E)、降栅压单元(F)、延迟判断单元(G)、软关断单元(H)和短路报警单元(I)共9个单元组成；其特征是单电源供电，正常工作时正电压开通负电压关断，保护时具备软关断、信号封锁、降栅压并延迟判断功能，因此对IGBT具有较完善的保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于开关电源中的功率管驱动
，特别涉及绝缘栅功率器件(MOSFET、IGBT或其它栅隔离器件，以下均简称为IGBT)的隔离驱动和保护。
技术介绍
开关电源中大功率器件驱动电路(驱动器)的设计一向是电源领域的关键技术之一。当前在电力电子学领域，在开关电源的功率等级上，正朝着微小功率和超大功率两个方向前进。较大功率开关电源中的IGBT能否可靠工作，与它的驱动保护电路的设计是否完善有着直接的关系。比较理想的驱动器，首先，开通IGBT时能够提供约15V的正电压，使得IGBT充分饱和，降低其导通损耗；关断时提供一个负电压(一般为5-12V)，使其可靠关断，并具有相当的抗干扰性。其次，当IGBT发生过流短路时，能够将IGBT软关断，就是将IGBT 中的电流沿一条斜线降到零。如果立即关断、即硬关断，IGBT中的巨大的电流变化率(di/dt)将在IGBT回路中的寄生电感上产生很高的电压，有可能击穿IGBT。第三，应具备信号封锁功能，就是在软关断过程中如果恰逢脉冲宽度调制器PWM或脉冲频率调制器PFM(以下均简称为PWM)发出关断指令，驱动器不响应，也即封锁PWM信号。因为如果响应了这个指令去关断IGBT，也就中止了软关断过程而成为硬关断。第四，IGBT工作过程中，各种随机的干扰信号有可能造成IGBT短时间过流，而这种过流并不需要关断IGBT。因此驱动器在检测到过流信号时最好先将驱动栅压降低一点(一般是5V)。在较低的驱动栅压情况下，IGBT具有较长时间的短路过流耐受能力。降栅压后，设立一个延迟判断的时间Tdelay (—般1_5 μ S)，如果在这个时间内过流信号消失，驱动器恢复原来的驱动栅压，IGBT继续工作；如果过流信号仍然存在，驱动器再软关断IGBT。目前市场上的成品IGBT驱动器，如VLA517、Μ57962、ΚΑ962等，一般都有软关断功能，但没有降栅压功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单电源供电的，具有正电压开通负电压关断，并在保护时具备软关断、信号封锁、降栅压并延迟判断特性的IGBT隔离驱动器。本专利技术的技术方案是驱动器由隔离输入单元(A)、接口单元(B)、正负电源分配单元(C)、驱动输出单元(D)、过流检测单元(E)、降栅压单元(F)、延迟判断单元(G)、软关断单元(H)和短路报警单元(1)9个单元组成。其中，隔离输入单元㈧由光电耦合器或者脉冲变压器组成，其作用是接收输入的PWM调制信号、并提供输入和输出间的电气隔离，将信号送入接口单元(B)；接口单元(B)由分立或集成比较器等组成，其作用是接收隔离输入单元(A)中光电耦合器或脉冲变压器次级的信号，并将电平调整到适合驱动输出单元(D)的输入要求。本单元也接收短路报警单元(I)的信号，在软关断保护开始后封锁输入的PWM信号，以便在任何时候都能将软关断保护进行到底。正负电源分配单元(C)由分立或集成稳压器件等组成，其作用是将驱动器的单一电压输入电源Vp转变为正负电源，负电压用来在关断IGBT时提供给栅极一个低于发射极的负电压，以可靠关断IGBT，并具备较强的抗干扰性。驱动输出单元⑶由推拉式的功放电路组成，接收接口单元⑶的PWM指令，并输出适合IGBT需要的驱动脉冲。本单元也接收降栅压单元(F)和软关断单元(H)的指令，对处于过流状态的IGBT实行降栅压和软关断保护。过流检测单元(E)由分立或集成比较器等组成，检测IGBT的集电极的电压，如果超过设定值，即认为发生了过流，并输出信号到降栅压单元(F)。本单元也接收复位单元(J)的复位信号，暂时取消对IGBT的过电流检测，于是当再有PWM信号输入到驱动器输入端时，将恢复驱动器的正常输出。 降栅压单元(F)由分立或集成比较器等组成，当接收到过流检测单元(E)的过流信号后，本单元立即输出一个比正电源电压Vcc略低一些(约5V)的电平送到驱动输出单元(D)，降低驱动脉冲的幅度，以提高IGBT的过流耐受能力。同时本单元还输出一个信号到延迟判断单元(G)。延迟判断单元(G)由分立或集成比较器等组成，当接收到降栅压单元(F)的信号后开始延迟判断，如果在设定的延迟时间Tdelay内过流信号消失，本单元判断是干扰造成的虚假信号，无需向后传送，并停止延迟工作；如果过流信号继续存在，则当延迟时间Tdelay到时，本单元判断确实存在短路过流，于是输出信号到软关断单元(H)和短路报警单元(I)。软关断单元(H)，由分立或集成比较器等组成，当接收到延迟判断单元(G)的信号后，启动软关断功能，输出一个逐渐降低到零以至零以下的电平到驱动输出单元(D)，将IGBT中的电流缓降到零。本单元的输出也同时送到短路报警单元(I)。短路报警单元(I)，由分立或集成比较器等组成，当接收到延迟判断单元(G)的信号后，输出一个报警信号，通过外接的光耦，将信号传送到电源的控制电路，由控制电路采取相应的保护措施(如关断PWM脉冲、或者降低PWM的频率，等等)。本单元的输出同时送到接口单元(B)和自动复位单元(J)，前者用以封锁PWM信号、保证软关断进行到底，后者启动自动复位功能。各单元的组成结构隔离耦合单元㈧可有多种形式，如(Al)和(A2)。隔离耦合单元(Al)由光电耦合器ICl和电阻Rl组成。ICl中发光管的正极是本单兀的输入端Via,负极是输入信号的公共端Com ；IC1中光电三极管的发射极接负电源Vee,Rl的上端与正电源Vcc相连，Rl的下端与ICl中三极管的集电极相连，作为本单元的输出端 Voa0隔离耦合单元(A2)由脉冲变压器BI组成。BI初级上端是本单元的输入端Via，下端是输入信号的公共端Com ;次级的下端接负电源Vee，次级上端是输出端Voa。接口单元(B)可有多种形式，如(BI)和(B2)。接口单元(BI)由比较器IC2和电阻R2、R3和R4组成。R2的左端是本单元的输入端Vib，右端与IC2的同相输入端相连，R3的上端接到正电源Vcc，其下端与电阻R4的上端以及IC2的反相输入端相连，R4的下端接负电源Vee，IC2的输出端是本单元的输出端Vob。接口单元(B2)由电阻R6和NPN三极管Tl组成。Tl的基极是本单元的输入端Vib, Tl的发射极与负电源Vee相连，R6的上端和正电源Vcc相连，Tl的集电极与R6的下立而相连、并作为本单兀的输出纟而Vob0正负电源分配单元(C)可有多种形式，如(Cl)和(C2)。正负电源分配单元(Cl)由电阻R7、稳压管D2和电容C2组成。R7的上端接输入电源Vp的正端、也就是驱动器的正电源Vcc，D2的正极和C2的下端接输入电源Vp的负端、也就是驱动器的负电源Vee，R7的下端、D2的负极和C2的上端连在一起、作为本单元的输出、也就是驱动器内部的公共端地、与其它单元的相应地相连。正负电源分配单元(C2)由三端集成稳压电路IC3和电容C3组成。IC3的输入端接输入电源Vp的正端、也就是驱动器的正电源Vcc，IC3的内部公共端和C3的下端接输入电源Vp的负端、也就是驱动器的负电源Vee，IC3的输出端和C3的上端连在一起、作为本单 元的输出、也就是驱动器内部的公共端地、与其它单元的相应地相连。驱动输出单元(D)可有多种形式，如(Dl)和(D2)。驱动输出单元(Dl)由NPN三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离式的绝缘栅功率器件驱动器，它由隔离输入单元(A)、接口单元(B)、正负电源分配单元(C)、驱动输出单元(D)、过流检测单元(E)、降栅压单元(F)、延迟判断单元(G)、软关断单元(H)和短路报警单元(I)共9个单元组成，其特征是：隔离输入单元(A)的输出端Voa与接口单元(B)的输入端Vib、短路报警单元(I)的第二输出端Voi2三者连在一起；接口单元(B)的输出端Vob、过流检测单元(E)的第二输入端Vie2、降栅压单元(F)的第一输出端Vof1、软关断单元(H)的输出端Voh和输出单元(D)的输入端Vid五者连接在一起；过流检测单元(E)的输出端Voe与降栅压单元(F)的输入端Vif相连；降栅压单元(F)的第二输出端Vof2与延迟判断单元(G)的输入端Vig相连；延迟判断单元(G)的输出端Vog与软关断单元(H)的输入端Vih和短路报警单元(I)的输入端Vii相连；所有9个单元各自的正电源端Vcc、负电源端Vee、公共地端GND都相应连在一起；本专利技术驱动器共有8个端口与外部相连，隔离输入单元(A)的输入端Via、输入信号Com端分别是本专利技术驱动器的输入端Vi和输入信号Com端；输出单元(D)的输出端Vod是本专利技术驱动器的输出端Vo；过流检测单元(E)的第一输入端Vie1是本专利技术驱动器的过流检测端Detect；短路报警单元(I)的第一输出端Voi1是本专利技术驱动器的短路报警端Fault；正负电源分配单元(C)的Vcc和Vee端分别是本专利技术驱动器的正电源端Vcc和负电源端Vee端；公共地GND端是本专利技术驱动器的输出公共端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈坷，陈亚宁，
申请(专利权)人：北京落木源电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：