IGBT驱动电路和电气设备的制作方法

igbt驱动电路和电气设备
技术领域
1.本发明实施例涉及电路技术领域，尤其涉及igbt驱动电路和电气设备。


背景技术：

2.由于igbt((insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)具有较高的功率等级、较宽的开关频率范围以及开关完全可控的绝缘栅门极特性，使其在电力电子领域得到广泛应用。
3.igbt在使用过程中，如果关断太过迅速，可能在漏极与源极之间产生过高电压，从而损坏igbt，且du/dt太大，容易产生emc干扰。为此，在关断igbt时会控制栅极驱动电压按一定的速率下降到0v或者负压，即对igbt采用软关断策略。现有实现软关断可以通过集成的驱动芯片(例如aavgo的hcpl-316j)实现，或者通过分立的元件电路实现。
4.现有通过集成的驱动芯片和分立的元件电路实现的软关断，尽管实现了软关断，但是软关断曲线不可调，对不同电气设备的适用性不强。


技术实现要素：

5.本发明提供了igbt驱动电路和电气设备，以解决现有igbt驱动电路的软关断曲线不可调，对不同电气设备的适用性不强的技术问题。
6.第一方面，本发明实施例提供了igbt驱动电路，用于驱动igbt，包括：硬件驱动子电路、软开关子电路和下拉电阻；所述硬件驱动子电路包括电源脚、地脚和驱动输出脚；所述软开关子电路包括输入脚、地脚和输出脚；
7.所述硬件驱动子电路的电源脚接入电源，所述硬件驱动子电路的驱动输出脚与所述软开关子电路的输入脚相连，所述硬件驱动子电路的地脚、所述软开关子电路的地脚、所述下拉电阻的第一端以及所述igbt的源极均接地；所述软开关子电路的输出脚与所述下拉电阻的第二端以及所述igbt的栅极相连。
8.进一步的，所述软开关子电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第一二极管和第一三极管；
9.所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端均与所述硬件驱动子电路的驱动输出脚相连；所述第一电阻的第二端、所述第一二极管的负极、第三电阻的第一端以及第一三极管的发射极均与所述igbt的栅极相连；所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端相连；所述第二电阻的第二端与所述第一二极管的正极、所述第三电阻的第二端以及所述第一三极管的基极相连；所述第一三极管的集电极与所述第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第二端接地。
10.进一步的，所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的100-1000倍。
11.进一步的，所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的500倍。
12.进一步的，还包括tvs管或稳压管，所述tvs管或稳压管的负极与所述下拉电阻的第二端相连，所述tvs管或稳压管的正极接地。
13.进一步的，所述硬件驱动子电路为集成驱动芯片。
14.进一步的，所述集成驱动芯片的型号为ir4427、tlp350或ucc27511。
15.进一步的，所述硬件驱动子电路为分立元件电路。
16.进一步的，所述硬件驱动子电路与所述软开关子电路通过双绞线连接。
17.第二方面，本发明实施例提供了电气设备，包括第一方面任一所述的igbt驱动电路。
18.上述igbt驱动电路和电气设备，包括：硬件驱动子电路、软开关子电路和下拉电阻；所述硬件驱动子电路包括电源脚、地脚和驱动输出脚；所述软开关子电路包括输入脚、地脚和输出脚；所述硬件驱动子电路的电源脚接入电源，所述硬件驱动子电路的驱动输出脚与所述软开关子电路的输入脚相连，所述硬件驱动子电路的地脚、所述软开关子电路的地脚、所述下拉电阻的第一端以及igbt的源极均接地；所述软开关子电路的输出脚与所述下拉电阻的第二端以及igbt的栅极相连。通过软开关子电路，形成两路cge泄放通道，能快速退出深度饱和，实现igbt的硬开关和软开关曲线可调，使得igbt驱动电路能适用多种电子设备的使用需求。
附图说明
19.图1为本发明实施例中提供的igbt驱动电路的电路结构图；
20.图2为现有技术中igbt驱动电路的电路结构图；
21.图3为本方案中igbt驱动电路的第一个回路的示意图；
22.图4为本方案中igbt驱动电路的第二个回路的示意图；
23.图5为本方案中igbt驱动电路的另一电路结构图；
24.图6为本方案中igbt驱动电路的关断曲线图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
26.需要注意的是，由于篇幅所限，本技术说明书没有穷举所有可选的实施方式，本领域技术人员在阅读本技术说明书后，应该能够想到，只要技术特征不互相矛盾，那么技术特征的任意组合均可以构成可选的实施方式。
27.请参考图1，其为本发明实施例中提供的igbt驱动电路的电路结构图，如图所示，该igbt驱动电路用于驱动igbt t1，其具体包括：硬件驱动子电路m1、软开关子电路p1和下拉电阻r5；所述硬件驱动子电路m1包括电源脚、地脚和驱动输出脚；所述软开关子电路p1包括输入脚、地脚和输出脚；
28.所述硬件驱动子电路m1的电源脚接入电源，所述硬件驱动子电路m1的驱动输出脚与所述软开关子电路p1的输入脚相连，所述硬件驱动子电路m1的地脚、所述软开关子电路p1的地脚、所述下拉电阻r5的第一端以及所述igbt t1的源极均接地；所述软开关子电路p1的输出脚与所述下拉电阻r5的第二端以及所述igbt t1的栅极相连。
29.在具体实现本方案时，所述软开关子电路p1包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电
阻r3、第四电阻r4、第一电容csoft、第一二极管d1和第一三极管q1；
30.所述第一电阻r1的第一端和所述第一电容csoft的第一端均与所述硬件驱动子电路m1的驱动输出脚相连；所述第一电阻r1的第二端、所述第一二极管d1的负极、第三电阻r3的第一端以及第一三极管q1的发射极均与所述igbt t1的栅极相连；所述第一电容csoft的第二端与所述第二电阻r2的第一端相连；所述第二电阻r2的第二端与所述第一二极管d1的正极、所述第三电阻r3的第二端以及所述第一三极管q1的基极相连；所述第一三极管q1的集电极与所述第四电阻r4的第一端相连，所述第四电阻r4的第二端接地。
31.在现有技术中，如图2所示，关断的通道只有一个，都是通过图腾柱电路1的下管这一条通道，来泄放栅极电容cge而关断igbt t1。本方案中实现的igbt驱动电路具有栅极电容两路cge泄放通道，可以快速退出深度饱和，具有软开关功能，泄放回路更短等效果。
32.具体实现本方案时，可以设计第二电阻r2的阻值为第一电阻r1的阻值的100-1000倍，具体例如100倍、500倍、1000倍。基于第一电阻r2和第一电阻r1的阻值设计，软开关子电路p1在开通时接地，因第二电阻r2远大于第一电阻r1，不影响开通的驱动电流。
33.请参考图3、图4和图6，其分别为本方案中igbt驱动电路的第一回路的泄放通道、第二回路的泄放通道和关断曲线，其中图3中加粗回路表示第一回路，图4中加粗回路表示第二回路，图6中h表示硬关断的曲线，s表示软关断的曲线。
34.在t0-t1阶段，drive变为低电平，igbt的cge上有驱动高电平(如15v)，故通过第一电阻r1放电，在下拉电阻r5上形成15v的电压，故第一电容csoft上有电流流过，第一三极管q1导通。这时cge(栅极电容的具体参数)通过第一三极管q1和硬件驱动子电路m1的下管，两路来放电(分别如图3和图4所示)，从而能快速退出igbt内部三极管的深度饱和，为关断做好准备。
35.在t1-t2阶段，cge上的电平已下降到vth，第一电容csoft已充满，不再为第一三极管q1提供基级电流，第一三极管q1关断，这时，cge的电只通过硬件驱动子电路m1的下管这一路来放电，直到vgs低于vth,igbt进入关断状态。
36.在t2-t3阶段，继续通过硬件驱动子电路m1的下管放电，进行可靠的低电平箝位，确保igbt处于关断状态。
37.具体实现本方案时，还可以包括tvs管或稳压管，所述tvs管或稳压管的负极与所述下拉电阻的第二端相连，所述tvs管或稳压管的正极接地。
38.所述硬件驱动子电路可以为集成驱动芯片，也可以为分立元件电路。如果是集成驱动芯片，其型号可以为ir4427、tlp350或ucc27511。
39.当igbt电流很大，体积很大时，需单独放置在母排或散热器上，而驱动电路放在较远的控制盒，相距太远，需双绞线作连接，即硬件驱动子电路m1与软开关子电路p1通过双绞线连接。如图5所示，图中的z1为tvs管或稳压管。igbt t1经常用于逆变的桥臂上，有上下桥臂的igbt t1交替开通，在因米勒效应在igbt t1的栅极产生电平时，第一三极管q1在靠近igbt t1的一端，不在图腾柱电路的一端，不需通过双绞线，提供更短的泄放回路，时间上反应更快，电平箝位更低，减小误导通，特别有效地增加上下桥臂交替开关时的igbt的可靠性。
40.本发明实施例还提供了电气设备，包括前文所述的igbt驱动电路，并对应具备相应的技术效果。
41.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.igbt驱动电路，用于驱动igbt，其特征在于，包括：硬件驱动子电路、软开关子电路和下拉电阻；所述硬件驱动子电路包括电源脚、地脚和驱动输出脚；所述软开关子电路包括输入脚、地脚和输出脚；所述硬件驱动子电路的电源脚接入电源，所述硬件驱动子电路的驱动输出脚与所述软开关子电路的输入脚相连，所述硬件驱动子电路的地脚、所述软开关子电路的地脚、所述下拉电阻的第一端以及所述igbt的源极均接地；所述软开关子电路的输出脚与所述下拉电阻的第二端以及所述igbt的栅极相连。2.根据权利要求1所述的igbt驱动电路，其特征在于，所述软开关子电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第一二极管和第一三极管；所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端均与所述硬件驱动子电路的驱动输出脚相连；所述第一电阻的第二端、所述第一二极管的负极、第三电阻的第一端以及第一三极管的发射极均与所述igbt的栅极相连；所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端相连；所述第二电阻的第二端与所述第一二极管的正极、所述第三电阻的第二端以及所述第一三极管的基极相连；所述第一三极管的集电极与所述第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第二端接地。3.根据权利要求2所述的igbt驱动电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的100-1000倍。4.根据权利要求3所述的igbt驱动电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的500倍。5.根据权利要求1-4任一项所述的igbt驱动电路，其特征在于，还包括tvs管或稳压管，所述tvs管或稳压管的负极与所述下拉电阻的第二端相连，所述tvs管或稳压管的正极接地。6.根据权利要求1-4任一项所述的igbt驱动电路，其特征在于，所述硬件驱动子电路为集成驱动芯片。7.根据权利要求6所述的igbt驱动电路，其特征在于，所述集成驱动芯片的型号为ir4427、tlp350或ucc27511。8.根据权利要求1-4任一项所述的igbt驱动电路，其特征在于，所述硬件驱动子电路为分立元件电路。9.根据权利要求1-4任一项所述的igbt驱动电路，其特征在于，所述硬件驱动子电路与所述软开关子电路通过双绞线连接。10.电气设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的igbt驱动电路。

技术总结
本发明实施例公开了IGBT驱动电路和电气设备，该IGBT驱动电路包括：硬件驱动子电路、软开关子电路和下拉电阻；所述硬件驱动子电路包括电源脚、地脚和驱动输出脚；所述软开关子电路包括输入脚、地脚和输出脚；所述硬件驱动子电路的电源脚接入电源，所述硬件驱动子电路的驱动输出脚与所述软开关子电路的输入脚相连，所述硬件驱动子电路的地脚、所述软开关子电路的地脚、所述下拉电阻的第一端以及所述IGBT的源极均接地；所述软开关子电路的输出脚与所述下拉电阻的第二端以及所述IGBT的栅极相连。通过软开关子电路，形成两路Cge泄放通道，能快速退出深度饱和，实现IGBT的硬开关和软开关曲线可调，使得IGBT驱动电路能适用多种电子设备的使用需求。使用需求。使用需求。


技术研发人员：王成效 吴思朗 雷朋飞 叶景发 张利 王达开
受保护的技术使用者：广东芬尼克兹节能设备有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8