[發明專利]一種超高速驅動模塊電路及其構成方法

有效

• 申請號: 201510059326.6
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104660245B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 金建輝;陳歡;王瀟;盧誠
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種超高速驅動模塊電路及其構成方法、設計方法，屬于中大功率電力電子器件的高速驅動技術領域。

背景技術

隨著電力電子技術的應用范圍不斷擴大和新型大功率高速開關器件(如碳化硅高速場效應管等)的問世，使主回路斬波頻率高達8～10MHz以上的新產品開發成為可能，然而，在目前的市場產品中，能與之相配套的超高速驅動模塊產品卻沒有跟上，因此，研發能符合要求的超高速驅動模塊成為必然。

然而，理論分析和開發經驗均告訴我們，此類超高速驅動模塊的傳輸延遲時間及脈沖沿的上升下降時間均在10ns以內而瞬時傳輸功率又在100W左右，因此無論是電路原理設計還是元件布局和走線工藝的設計，均需采用線性高頻功率電子電路的設計方法和制作工藝才行，否則，成功的可能性很??！縱觀本發明的研發過程亦證明了這個觀點的正確性。

發明內容

本發明的目的是提供一種超高速驅動模塊電路及其構成方法、設計方法。以用于解決：①從電路原理上確立一種既能保證所研發的驅動模塊具有2000V以上隔離電壓同時又具有小于5nS的脈沖上升下降沿及大于10K歐姆輸入阻抗的輸入電路方式；②在確保具有足夠高的功率放大倍數條件下，確立一種能保證傳輸延遲時間和脈沖上升下降沿時間均小于10ns的脈沖放大電路和功率輸出電路的設計方法；③利用線性高頻功率電子電路的設計方法，尋找一種通過合理元件布局和可調方式，使之能全面消除分布電感和分布電容所形成的超高頻大幅值衰減振蕩的方法，以確保被驅動主功率開關器件的安全正常工作。

本發明的技術方案是：一種超高速驅動模塊電路，由輸入隔離電路I、脈沖放大電路A、輸出電路O、負偏壓電路N和三路輸出直流電源電路S共五個單元電路組成；其中輸入隔離電路I的輸入端Vi與驅動脈沖源相連，輸入隔離電路I的輸出端與脈沖放大電路A的輸入端相連，脈沖放大電路A的輸出端與輸出電路O的輸入端相連，負偏壓電路N的負壓輸出端與輸出電路的鉗位端相連接；電源電路S的+Vaa電壓輸出端接輸出電路的上管V3的集電極，電源電路S的+Vcc電壓輸出端為輸入隔離電路I和脈沖放大電路A的供電電源，電容C4、電容C5對+Vcc進行退耦濾波，其中電容C4電解電容主要是濾波作用，電容C5瓷片電容主要是退耦作用，在高頻時保證輸入隔離電路I、脈沖放大電路A的能量供給，電源電路S的-Vee電壓輸出端為負偏壓電路N的供電電源。

所述輸入隔離電路I由集成芯片Si8610、電阻R10、電容C8、穩壓二極管DW2共同組成；其中電阻R10的上端接+VCC電源，電阻R10的下端與電容C8、穩壓二極管DW2并聯后的上端及集成芯片Si8610的副邊電源端相連，電容C8、穩壓二極管DW2并聯后的下端接地；集成芯片SI8610的輸入端Vi與輸入驅動脈沖源相連，集成芯片Si8610的輸出端接三極管V1的基極。

所述脈沖放大電路A由三極管V1、三極管V2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電容C1、電容C2共同組成；其中電阻R1、電阻R2串聯后的下端接到三極管V1的集電極而上端接+VCC電源，中間點接三極管V2的基極；電阻R3、電容C2并聯后的上端接到三極管V1的發射極而下端接地；電容C1、電阻R4并聯后的下端接到三極管V2的發射極而上端接+VCC電源；電阻R5的上端與三極管V2的集電極以及三極管V3、三極管V4的基極相連接而下端接地。

所述輸出電路O由三極管V3、三極管V4、三極管V5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C3、二極管D1、二極管D2共同組成；其中三極管V3、三極管V4的發射級相連并與三極管V5的集電極相連接，該連接點即為整個模塊的輸出端；三極管V3的集電極接+Vaa電源；三極管V4的集電極接電阻R6的上端后再接電容C3、電阻R7并聯后的左端，電阻R6的下端接地，電容C3、電阻R7并聯后的右端接二極管D1、二極管D2的陽極，二極管D1的陰極接三極管V5的集電極，二極管D2的陰極接三極管V5的基極，三極管V5的發射極與電阻R9的左端、電阻R8、電容C6、電容C7的下端以及三極管V6的發射極相連，電阻R8的上端與二極管D2的陰極和三極管V5的基極同時相連。

所述負偏壓電路N由穩壓二極管DW1、三極管V6、電容C6、電容C7、電阻R9共同組成；其中電容C6、電容C7的上端及三極管V6的集電極和穩壓二極管DW1的陰極同時接地，穩壓二極管DW1陽極與三極管V6的基極相連，電阻R9的右端接-Vee電源。