[發明專利]基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅動電路及其控制方法

有效

• 申請號: 201410258322.6
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN103986315A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 陳宗祥;張慶豐;趙瑞雪;劉雁飛;葛蘆生
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

1.基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅動電路，其特征在于：所述的驅動電路包括由正電源V_GG+、負電源V_GG-、IGBT開關管S₁、IGBT開關管S₂、IGBT開關管S₃、IGBT開關管S₄、IGBT開關管S₅、IGBT開關管S₆和濾波電感L_R；

所述正電源V_GG+與IGBT開關管S₁集電極相連接，IGBT開關管S₁發射集與IGBT開關管S₂集電極相連接，IGBT開關管S₂發射極與負電源相V_GG-連接，IGBT開關管S₃集電極與正電源V_GG+相連接，IGBT開關管S₃發射集與IGBT開關管S₄集電極相連接，IGBT開關管S₄發射極與負電源相V_GG-連接，濾波電感L_R一端與IGBT開關管S₁發射集連接，另一端與IGBT開關管S₃發射集連接，IGBT開關管S₅集電集與IGBT開關管S₃發射集相連接，IGBT開關管S₅發射集與IGBT開關管S₆發射極相連接。

2.根據權利要求1所述的基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅動電路的控制方法，其步驟為：

(1)t₀～t₁階段：在t₀時刻，IGBT開關管S₁零電流導通，IGBT開關管S₂由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₃、S₅保持關斷狀態，開關管S₄、S₆保持導通狀態，這一階段，電路開始對濾波電感L_R進行預充電，電流流向：S₁→L_R→S₄；此階段濾波電感L_R的電流I_L增加，此驅動電路所驅動的開關管Q管的門極電壓被鉗位在零電壓；

(2)t₁～t₂階段：在t₁時刻，IGBT開關管S₄、S₆由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₅由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₁保持導通狀態，IGBT開關管S₂、S₃保持關斷狀態，這一階段，此階段濾波電感L_R的電流I_L通過IGBT開關管S₅和IGBT開關管S₆的反向二極管開始對IGBT的柵極電容充電，電流流向：S₁→L_R→C_iss，直到所述開關管Q管的柵極電壓達到柵閥電壓V_ge(th)為止，其中，C_iss為輸入電容且C_iss＝C_gc+C_ge，式中，C_gc為IGBT器件固有的柵極電容，C_ge為密勒電容；

(3)t₂～t₃階段：t₂時刻，IGBT開關管S₄由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₅由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₁保持導通狀態，IGBT開關管S₂、S₃、S₆保持關斷狀態，這一階段，V_ge≥V_ge(th)，此時流經IGBT開關管S₁、IGBT開關管S₄的集電極電流I_c可以表示為：

I_c＝g_fs×(V_ge-V_ge(th))

其中：g_fs為正向轉移斜率，V_ge為柵射極電壓；

(4)t₃～t₄階段：在t₃時刻，IGBT開關管S₄由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₅由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₁保持導通狀態，IGBT開關管S₂、S₃、S₆保持關斷狀態，IGBT開關管S₁、IGBT開關管S₄的集電極電流I_c達到其最大值I_cmax，即I_cmax等于負載電流與反向恢復電流之和，濾波電感L_R的電流I_L繼續給輸入電容C_iss充電；

(5)t₄～t₅階段：在t₄時刻，IGBT開關管S₁由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₂、S₃由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₅保持導通狀態，IGBT開關管S₄、S₆保持關斷狀態，IGBT的柵極電壓鉗位在V_GG+，電流流向為S₂→L_R→S₃，電感L_R中的能量通過此回路返回給負電源，電感電流I_L線性下降至零；

(6)t₅～t₆：在t₅時刻，IGBT開關管S₂由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₁、S₄、S₆保持關斷狀態，IGBT開關管S₃、S₅保持導通狀態，電感中的能量全部返回給電源，電感電流I_L為零，此時IGBT開關管S₂關斷，IGBT在導通過程中的柵極電壓將一直被鉗位在V_GG+；

(7)t₆～t₇：在t₆時刻，IGBT開關管S₂由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₃、S₅保持導通狀態，IGBT開關管S₁、S₄、S₆保持關斷狀態，正電源V_GG+通過IGBT開關管S₃給濾波電感L_R反向預充電，使濾波電感L_R上的電流I_L從零開始反向線性增加，柵極電流I_g保持為0，柵射極電壓V_ge保持不變；

(8)t₇～t₈：在t₇時刻，IGBT開關管S₃、S₅由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₆由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₁、S₄保持關斷狀態，IGBT開關管S₂保持導通狀態，電容C_ge通過IGBT開關管S₆、IGBT開關管S₅的反向二極管、IGBT開關管S₂對電感L_R反向充電，柵極電流I_g反向突變并線性增加，濾波電感L_R上的電流I_L繼續反向增加，柵射極電壓V_ge開始下降；

(9)t₈～t₉：在t₈時刻，IGBT開關管S₃由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₆由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₁、S₄、S₅保持關斷狀態，IGBT開關管S₂保持導通狀態，正電源V_GG+通過IGBT開關管S₂、IGBT開關管S₃給濾波電感L_R反向充電，使濾波電感I_L上的電流I_L持續反向線性上升，此電流值是忽略IGBT開關管S₂的導通壓降后得到的，其中IGBT開關管S₂的反向二極管D₂上的導通壓降為0.7V，由于IGBT開關管S₅、IGBT開關管S₆處于關斷狀態，柵極電流I_g突變為零，柵射極電壓V_ge保持不變；

(10)t₉～t₁₀：在t₉時刻，IGBT開關管S₃由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₆由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₁、S₄、S₅保持關斷狀態，IGBT開關管S₂保持導通狀態，電容C_ge通過IGBT開關管S₆、IGBT開關管S₅的反向二極管、IGBT開關管S₂對電感L_R反向充電，柵極電流I_g反向突變為t₈時刻的電流值并線性增加，濾波電感L_R上的電流I_L反向繼續增加，柵射極電壓V_ge繼續下降到0；

(11)t₁₀～t₁₁：在t₁₀時刻，IGBT開關管S₁、S₄由關斷狀態轉為導通狀態，IGBT開關管S₂由導通狀態轉為關斷狀態，IGBT開關管S₆保持導通狀態，IGBT開關管S₃、S₅保持關斷狀態，此時正電源V_GG+為5V，通過IGBT開關管S₁給濾波電感L_R充電，使濾波電感L_R上的電流開始線性上升，柵極電流I_g突變為零，柵射極電壓V_ge保持為0不變。