一种IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路 |
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| 申请号 | CN201210589902.4 | 申请日 | 2012-12-31 | 公开(公告)号 | CN103905019B | 公开(公告)日 | 2017-12-12 |
| 申请人 | 比亚迪股份有限公司; | 发明人 | 蓝诚宇; 杨钦耀; 陈刚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出了一种IGBT模 块 门 极驱动 电阻 等效调节 电路 ，包括IGBT模块、MCU、第一光耦和驱动模块，MCU与第一光耦之间连接有第一电阻，驱动模块与IGBT模块之间连接有门极驱动电阻，在第一光耦与驱动模块之间具有积分电路，积分电路包括积分电路等效电阻和第一电容，通过改变积分电路等效电阻的阻值，调节积分电路的时间常数，实现对门极驱动电阻的等效调节。本发明的IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路能够对门极驱动电阻的等效阻值进行调节，无需人工更改门极驱动电阻就能驱动不同功率的IGBT模块，优化了IGBT模块的工作状态。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路，其特征在于，包括：IGBT模块、MCU、第一光耦和驱动模块，所述MCU与第一光耦之间连接有第一电阻，所述驱动模块与IGBT模块之间连接有门极驱动电阻，在所述第一光耦与驱动模块之间具有积分电路，所述积分电路包括积分电路等效电阻和第一电容，所述积分电路等效电阻的一端与所述第一光耦相连，所述积分电路等效电阻的另一端分别与所述第一电容的一端和所述驱动模块相连，所述第一电容的另一端接地，通过改变所述积分电路等效电阻的阻值，调节所述积分电路的时间常数，实现对所述门极驱动电阻的等效调节。 |
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| 说明书全文 | 一种IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路技术领域[0001] 本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路。 背景技术[0002] IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是80年代中期问世的一种复合型电力电子器件,从结构上说，相当于一个由MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效晶体管）驱动的厚基区的BJT（Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管）,IGBT既有MOSFET的快速响应、高输入阻抗、热稳定性好、驱动电路简单的特性，也具备BJT的电流密度高、通态压降低，耐压高的特性，被广泛应用于电力电子设备中。 [0003] 目前，常用的IGBT模块的驱动有EXB841、A316J、M57962等电路，这些电路都采用光耦隔离驱动，如图1所示，图中U1为MCU（Micro Control Unit，微控制单元），U2为高速光电耦合器件，三极管Q1和三极管Q2为驱动IGBT模块的功率晶体管，R1为光耦驱动的限流电阻器，R2为三极管Q1和三极管Q2的耦合电阻，R5为IGBT模块门极驱动电阻，R6为IGBT模块门极放电、防静电电阻，ZD1、ZD2为门极驱动过压保护稳压二极管。该电路的工作原理是：MCU U1的输出脉宽调制波形端口PWM_1发出的驱动信号经过电阻R1推动光电耦合器件U2工作，光电耦合器件U2发出控制信号经电阻R2推动三极管Q1和三极管Q2工作，使三极管Q1和三极管Q2发出IGBT模块驱动信号，该驱动信号经门极驱动电阻R5驱动IGBT模块U4工作。如图1所示，现有技术中的门极驱动电阻R5是采用人工焊接的方式固定在电路中，其阻值是固定的，不能根据IGBT模块U4的功率来调整门极驱动电阻R5的阻值，进而影响IGBT模块U4的工作效果。 发明内容[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路。 [0005] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路，包括IGBT模块、MCU、第一光耦和驱动模块，所述MCU与第一光耦之间连接有第一电阻，所述驱动模块与IGBT模块之间连接有门极驱动电阻，在所述第一光耦与驱动模块之间具有积分电路，所述积分电路包括积分电路等效电阻和第一电容，通过改变所述积分电路等效电阻的阻值，调节所述积分电路的时间常数，实现对所述门极驱动电阻的等效调节。 [0006] 本发明的IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路能够对门极驱动电阻的等效阻值进行调节，无需人工更改门极驱动电阻就能驱动不同功率的IGBT模块，优化了IGBT模块的工作状态。 [0007] 在本发明的一种优选实施例中，所述积分电路包括第二电阻、第一电容和第二光耦，所述第二电阻与第二光耦的输出端并联连接在所述第一光耦与驱动模块之间，所述第二电阻的电流输出端与地之间连接第一电容，所述积分电路等效电阻由所述第二电阻与第二光耦输出端阻抗并联形成，通过改变所述第二光耦的输入电流实现对所述积分电路等效电阻阻值的调节。 [0008] 本发明采用第二光耦，通过改变第二光耦的输入电流改变第二光耦输出端的阻抗，实现对积分电路等效电阻阻值的调节，从而调节积分电路的时间常数，进而实现对门极驱动电阻的等效值的调节。 [0009] 在本发明的一种优选实施例中，所述第二光耦输入端的一端接地，另一端通过第三电阻与电位器活动触点相连，所述电位器的一个固定触点与电源相连，另一个固定触点接地。 [0010] 本发明通过调节电位器的活动触点的位置，改变第二光耦的输入电流，实现对积分电路等效电阻阻值的调节，调节了积分电路的时间常数，进而实现对门极驱动电阻的等效值的无极调节。 [0011] 在本发明的另一种优选实施例中，所述门极驱动电阻等效调节电路包括IGBT模块温度传感器，所述第二光耦输入端的一端接地，另一端通过第三电阻与所述MCU的电流输出端相连，所述MCU的温度信号输入端与所述IGBT模块温度传感器相连，所述MCU根据所述IGBT模块温度传感器输入的温度信号调节输出电流。 [0012] 本发明的MCU根据IGBT模块温度传感器输入的温度信号调节输出电流，调节第二光耦的输入电流，实现对积分电路等效电阻阻值的调节，进而实现对门极驱动电阻的等效值的智能调节，使IGBT模块的工作状态更安全，降低了IGBT模块的故障率。 [0013] 在本发明的再一种优选实施例中，所述调节电路还包括母线电压纹波传感器，所述母线电压纹波传感器与所述MCU的母线电压纹波信号输入端相连，所述MCU根据IGBT模块温度传感器输入的温度信号以及母线电压纹波传感器输入的母线电压纹波信号调节输出电流。 [0014] 本发明通过设置母线电压纹波传感器，使MCU根据IGBT模块温度传感器输入的温度信号以及母线电压纹波传感器输入的母线电压纹波信号调节输出电流，使IGBT模块根据电磁兼容与工作温度的需求选择最佳工作点，自动智能调节门极驱动电阻的等效阻值使IGBT模块工作于最佳状态。 [0015] 在本发明的一种优选实施例中，所述IGBT模块温度传感器为NTC（Negative Temperature Coefficient，负温度系数）热敏电阻。 [0016] 本发明采用NTC热敏电阻，其初始阻值较大，可以抑制电路中的大电流，提高电路的可靠性。 [0018] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0019] 图1是现有技术中IGBT模块的驱动电路的示意图； [0020] 图2是本发明第一优选实施例中IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路的示意图； [0021] 图3是本发明第二优选实施例中IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路的示意图。 具体实施方式[0022] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0023] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 [0024] 本发明提供了一种IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路，如图2和图3所示，该调节电路包括IGBT模块U4、MCU U1、第一光耦U2和驱动模块，其中，MCU U1的输出脉宽调制波形端口PWM_1通过第一电阻R1与第一光耦U2相连，该第一电阻R1为限流电阻器，驱动模块包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1和第二三极管Q2，用于增益门极驱动电阻R5的电压；其中，第一三极管Q1的基极与积分电路相连，集电极与电源正极相连，发射极与门极驱动电阻R5相连；第二三极管Q2的发射极与基极与积分电路相连，集电极与电源的负极相连，发射极与门极驱动电阻R5相连。第一三极管Q1和第二三极管Q2是驱动IGBT模块U4的功率晶体管，实现电流跟随器的功能。在驱动模块与IGBT模块U4之间连接有门极驱动电阻R5，在第一光耦U2与驱动模块之间具有积分电路，该积分电路包括积分电路等效电阻和第一电容C1，通过改变积分电路等效电阻的阻值，调节积分电路的时间常数，实现对门极驱动电阻R5的阻值的等效调节。 [0025] 在本实施方式中，该等效调节电路还包括第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2，用于过压保护；其中，第一稳压管ZD1一端与门极驱动电阻R5相连，另一端与第二稳压管ZD2相连；第二稳压管ZD2的一端接地，另一端与第一稳压管ZD1相连。门极驱动电阻R5的电流输出端通过第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2接地，该第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2为过压保护稳压二极管，保护IGBT模块U4的输入电压稳定。本发明的IGBT模块U4包括IGBT T1、第一插座J1和第二插座J2，该第一插座J1与IGBT T1的栅极相连，第二插座J2与IGBT T1的漏极相连。如图中所示，本发明实施例的等效调节电路还包括第六电阻R6，用于对IGBT模块门极放电、防静电；第六电阻R6的一端接地，另一端与门极驱动电阻R5相连。门极驱动电阻R5的电流输出端通过第一插头P1与IGBT模块U4的第一插座J1相连，第一插头P1与地之间连接有第六电阻R6，该第六电阻R6为IGBT模块U4的门极放电、防止静电损害IGBT模块U4。第二插座J2通过连接第二插头P2接地。 [0026] 在本实施方式中，如图2和图3所示，积分电路包括第二电阻R2、第一电容C1和第二光耦U3，第二电阻R2与第二光耦U3的输出端并联连接在第一光耦U2与驱动模块之间，第二电阻R2的电流输出端与地之间连接第一电容C1，积分电路等效电阻由第二电阻R2与第二光耦U3输出端阻抗并联形成，通过改变第二光耦U3的输入电流可以实现对积分电路等效电阻阻值的调节。 [0027] 在本发明的第一优选实施方式中，如图2所示，第二光耦U3输入端的一端接地，另一端通过第三电阻R3与电位器RW1的活动触点相连，该电位器RW1的一个固定触点与电源相连，另一个固定触点接地。通过调节电位器RW1的活动触点的位置，改变第二光耦U3的输入电流，实现对积分电路等效电阻阻值的调节，进而调节积分电路的时间常数，从而调整IGBT模块U4的门极驱动电压脉冲的电压随时间的变化速率du/dt，进而实现对门极驱动电阻R5的等效值的无极调节。 [0028] 在本实施方式中，具体以门极驱动电阻R5的等效阻值被调大的过程为例进行说明，当电位器RW1的活动触点向电源相连的固定触点滑动时，电位器RW1中接入电路的分压电阻减小，第二光耦U3的输入端的电流增大，其内部的发光二极管发光强度增大，第二光耦U3内的光接收管由于光照强度增大而内阻减少，也就是第二光耦U3的输出端的阻抗变小，由于第二光耦U3的输出端的阻抗与第二电阻R2并联形成积分电路等效电阻，因此积分电路等效电阻的阻值变小。积分电路等效电阻与第一电容C1一起构成的积分电路的充电的时间常数公式为て=R*C，式中R为积分电路等效电阻的阻值，C为第一电容C1的电容值。当积分电路等效电阻的阻值R变小，而第一电容C1的电容值不变，则时间常数て变小，即第一电容C1两端的电压在单位时间内电压变化量增大。第一三极管Q1和第二三极管Q2构成电压跟随器，第一三极管Q1和第二三极管Q2的输出端电压在单位时间内变化量也增大，即单位时间内电压升高变快，电压变化率du/dt变大，等效于门极驱动电阻R5的阻值变小。当电位器RW1的活动触点向接地的固定触点滑动时，电位器RW1中接入电路的分压电阻变大，第二光耦U3的输入端的电流变小，其内部的发光二极管发光强度变小，第二光耦U3内的光接收管由于光照强度变小而内阻增大，也就是第二光耦U3的输出端的阻抗变大，积分电路等效电阻的阻值R变大，则时间常数て变大，第一电容C1两端的电压在单位时间内电压变化量变小。第一三极管Q1和第二三极管Q2的输出端电压在单位时间内变化量也变小，即单位时间内电压升高变慢，电压变化率du/dt变小，等效于门极驱动电阻R5的阻值变大。 [0029] 本实施方式通过调节电位器的活动触点的位置，改变第二光耦U3的输入电流，实现对积分电路等效电阻阻值R的调节，进而改变积分电路的时间常数，实现了对门极驱动电阻R5的等效值的无极调节。 [0030] 在本发明的第二优选实施方式中，如图3所示，第二光耦U3输入端的一端接地，另一端通过第三电阻R3与MCU U1的电流输出端相连，MCU U1的温度信号输入端与IGBT模块温度传感器U5相连，该IGBT模块温度传感器U5检测IGBT模块U4的温度并将温度信号传输给MCU U1，MCU U1根据IGBT模块温度传感器U5输入的温度信号调节电流输出端的输出电流。 [0031] 在本实施方式中，IGBT模块温度传感器U5可以为但不限于热敏电阻，优选采用NTC热敏电阻，由于NTC热敏电阻，其初始阻值较大，可以抑制电路中的大电流，提高电路的可靠性。当IGBT模块U4运行在较小输出功率时，IGBT模块温度传感器U5检测到IGBT模块U4的温度较低，MCU U1根据IGBT模块温度传感器U5输入的温度信号将电流输出端的输出电流调小，第二光耦U3的输入端的电流变小，其内部的发光二极管发光强度变小，第二光耦U3内的光接收管由于光照强度变小而内阻增大，也就是第二光耦U3的输出端的阻抗变大，积分电路等效电阻R的阻值变大，则时间常数て变大，第一电容C1两端的电压在单位时间内电压变化量变小。第一三极管Q1和第二三极管Q2的输出端电压在单位时间内变化量也变小，即单位时间内电压升高变慢，电压变化率du/dt变小，等效于门极驱动电阻R5的阻值变大。这样可以降低干扰。 [0032] 当IGBT模块U4运行在较大输出功率时，IGBT模块温度传感器U5检测到IGBT模块U4的温度较高，MCU U1根据IGBT模块温度传感器U5输入的温度信号将电流输出端的输出电流调大，第二光耦U3的输入端的电流变大，其内部的发光二极管发光强度变大，第二光耦U3内的光接收管由于光照强度变大而内阻变小，也就是第二光耦U3的输出端的阻抗变小，积分电路等效电阻R的阻值变小，则时间常数て变小，第一电容C1两端的电压在单位时间内电压变化量变大。第一三极管Q1和第二三极管Q2的输出端电压在单位时间内变化量也变大，即单位时间内电压升高变快，电压变化率du/dt变大，等效于门极驱动电阻R5的阻值变小。这样可以降低I GBT模块U4上的损耗，降低IGBT模块U4的温度，使IGBT模块U4工作于更安全环境下，降低IGBT模块U4的故障率。 [0033] 在本发明的一种更加优选的实施方式中，如图3所示，本发明还包括母线电压纹波传感器U6，该母线电压纹波传感器U6与MCU U1的母线电压纹波信号输入端相连，MCU U1根据IGBT模块温度传感器U5输入的温度信号以及母线电压纹波传感器U6输入的母线电压纹波信号调节电流输出端的输出电流。 [0034] 当母线电压纹波传感器U6向MCU U1传输的母线电压纹波较大时，说明IGBT模块U4的门极驱动电压变化率du/dt偏大，即门极驱动电阻R5偏小，不利于电磁兼容，在额定负载工作下，此时如果IGBT的温度偏低，MCU U1将电流输出端的输出电流调小，第二光耦U3的输入端的电流变小，第二光耦U3的输出端的阻抗变大，积分电路等效电阻R的阻值变大，时间常数て变大，第一电容C1两端的电压在单位时间内电压变化量变小。第一三极管Q1和第二三极管Q2的输出端电压在单位时间内变化量也变小，即单位时间内电压升高变慢，电压变化率du/dt变小，等效于门极驱动电阻R5的阻值变大。降低母线电压纹波，使IGBT模块U4在考虑温度与电磁兼容两者中选择最佳工作点。反之，当母线电压纹波传感器U6向MCU U1传输的母线电压纹波较小时，说明IGBT模块U4的门极驱动电压变化率du/dt偏小，即门极驱动电阻R5偏大，有利于电磁兼容，但如果此时IGBT模块U4的温度偏高，为了得到IGBT模块U4在电磁兼容与温度两者下的最佳工作点，MCU U1将电流输出端的输出电流调大，第二光耦U3的输入端的电流变大，第二光耦U3的输出端的阻抗变小，积分电路等效电阻R的阻值变小，时间常数て变小，第一电容C1两端的电压在单位时间内电压变化量变大。第一三极管Q1和第二三极管Q2的输出端电压在单位时间内变化量也变大，即单位时间内电压升高变快，电压变化率dv/dt变大，等效于门极驱动电阻R5的阻值变小，使IGBT模块U4工作于最佳状态。 [0035] 在本发明的一种优选实施方式中，IGBT模块温度传感器U5与第三插头P3相连，MCU U1的温度信号输入端与第三插座J3相连，通过连接第三插头P3和第三插座J3，实现IGBT模块温度传感器U5与MCU U1的连接。母线电压纹波传感器U6与第四插头P4相连，MCU U1的母线电压纹波信号输入端与第四插座J4相连，通过连接第四插头P4和第四插座J4，实现母线电压纹波传感器U6与MCU U1的连接。这种连接方式更加灵活方便。 [0036] 本发明通过设置IGBT模块温度传感器U5和母线电压纹波传感器U6，使MCU U1根据IGBT模块温度传感器U5输入的温度信号以及母线电压纹波传感器U6输入的母线电压纹波信号调节输出电流，使IGBT模块U4根据电磁兼容与工作温度的需求选择最佳工作点，自动智能调节门极驱动电阻R5的等效阻值使IGBT模块U4工作于最佳状态。 [0037] 本发明的IGBT模块门极驱动电阻等效调节电路能够对门极驱动电阻R5的等效阻值进行调节，无需人工更改门极驱动电阻就能驱动不同功率IGBT模块U4，提高了IGBT模块U4的工作效果。 [0038] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 |
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