基於2ed020i12-f2晶片的igbt驅動電路的製作方法

2023-05-12 08:08:16 2

基於2ed020i12-f2晶片的igbt驅動電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於2ED020I12-F2晶片的IGBT驅動電路，利用英飛凌公司生產的2ED020I12-F2晶片設計新型的IGBT驅動模塊，可以同時驅動逆變電路上下兩個橋臂，三相橋式逆變電路僅用一組電源，分別經過降壓晶片和DC-DC電源模塊的降壓和隔離後，供給2ED020I12-F2晶片作為控制電源和驅動電源，並且由2ED020I12-F2晶片監控電源電壓、IGBT工作電流，簡化了電路，降低了成本，大大減小了裝置體積。相比較傳統驅動電路而言，不需要外接電流傳感器得到過流信號再傳送至驅動晶片關閉驅動輸出，在一定程度上減小了電路設計的複雜性，電路設計得到簡化，提高了系統的可靠性。
【專利說明】基於2ED020I12-F2晶片的IGBT驅動電路

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種功率開關管驅動電路，特別涉及一種基於2ED020I12-F2晶片的 IGBT驅動電路。

【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術的發展，各種開關器件如power MOSFET、IGBT等功率開關器件 得到越來越廣泛的應用，由於IGBT具有易於驅動、峰值電流容量大、自關斷能力、開關頻率 高等特點，是目前發展最為迅速的新一代電力電子器件。其中IGBT的驅動和保護是其應用 中的關鍵技術之一。
[0003]目前大多數的驅動集成電路採用直接驅動或隔離驅動的方式。隔離驅動的集成驅 動晶片，如EXB841系列TLP250等，這種晶片的特點是只能驅動單個功率管，且每路驅動都 要一組獨立的電源，增加了電源電路和驅動電路設計的複雜性。
[0004] IGBT作為產品核心部件，其驅動電路是否可靠安全關係著整個設備的運行，而驅 動電路影響著IGBT的通態壓降、開關損耗、承受電路電流電壓時間及J^/七等參數，決定 了 IGBT的靜態與動態運行特性。在實際應用中要求動態驅動能力強，有足夠的輸入輸出電 隔離能力，驅動電路儘可能簡單等。
[0005] 因此，致力於IGBT驅動電路及其應用電路的研究，研製出具有高性能的IGBT驅動 電路，具有重要的理論意義和實際應用價值，將產生巨大的社會效益和經濟效益。


【發明內容】

[0006] 本發明是針對現在IGBT驅動電路僅能驅動單個功率管，並需要獨立電源的 問題，提出了一種基於2ED020112-F2晶片的IGBT驅動電路，利用英飛凌公司生產的 2ED020I12-F2晶片設計新型的IGBT驅動模塊，可以同時驅動逆變電路上下兩個橋臂，三相 橋式逆變電路僅用一組電源即可，簡化了電路，降低了成本。
[0007] 本發明的技術方案為：一種基於2ED020I12-F2晶片的IGBT驅動電路，包括開關電 源、降壓晶片、DC - DC模塊電源、2ED020I12-F2功率開關器件柵極驅動器，開關電源輸出經 過降壓晶片得到控制信號電源，開關電源輸出經過DC -DC模塊電源隔離降壓後，輸出正負 兩路驅動電源分別接至IGBT驅動電路中上下兩個橋臂推輓輸出電路的兩個集電極；給兩 個定電平信號分別經過鉗位二極體和高頻濾波電容接2ED020I12-F2晶片兩個輸入INHS+ 引腳，2ED020I12-F2晶片兩個輸出0UTHS引腳通過電阻連接至兩個三極體組成的推挽電 路，此推輓輸出電壓為正負兩路驅動電源電壓之間；2ED020I12-F2晶片兩個CLAMP引腳分 別接兩個0UTHS引腳，實時監測IGBT門極電壓；2ED020I12-F2晶片的VCC和VEE引腳分別 檢測控制信號電源、正負兩路驅動電源上下門限電壓。
[0008] 所述兩個三極體組成的推挽電路中兩個三極體發射極之間串聯二極體防止電流 逆嚮導通，導致IGBT誤導通。
[0009] 所述2ED020I12-F2晶片的DESATHS引腳檢測流過IGBT電流，當DESATHS引腳檢 測電流過大時，2ED020I12-F2晶片的引腳輸出對應的檢測信號到控制器，控制器根 據FLTHS引腳輸出信號封鎖PWM輸出。
[0010] 本發明的有益效果在於：本發明基於2ED020I12-F2晶片的IGBT驅動電路，可以同 時驅動逆變電路上下兩個橋臂，三相橋式逆變電路僅用一組電源即可，大大減小了裝置體 積，簡化電路，降低成本。相比較傳統驅動電路而言，不需要外接電流傳感器得到過流信號 再傳送至驅動晶片關閉驅動輸出，在一定程度上減小了電路設計的複雜性，電路設計得到 簡化，提高了系統的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明中降壓晶片LM275HV BUCK工作原理圖； 圖2為本發明QA04電源隔離輸出晶片工作原理圖； 圖3為本發明基於2ED020I12-F2的IGBT驅動電路圖； 圖4為本發明PWM輸出波形圖。

【具體實施方式】
[0012] 本發明使用的晶片是德國英飛凌公司生產的2ED020I12-F2晶片，2ED020I12-F2 是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關器件柵極驅動器，具有自舉浮動電源，驅動電路簡 單，驅動晶片同時驅動逆變電路上下橋臂，並且其本身有考慮死區時間。當晶片正常工作 時，上下橋臂所需的脈衝信號分別發送至第2引腳INHS+和第12引腳INLS+即可正常驅動 上下橋臂。
[0013] IGBT的CE間的電流大小基本上與CE間的電壓成正比。由於2ED020I12-F2晶片 的第20引腳DESATLS和第30引腳DESATHS可以檢測開關管IGBT的CE間電壓UCE，所以通 過檢測UCE就可以判斷IGBT是否有過流。當DESATxx引腳電壓超過9V時，關閉驅動輸出， 這樣保證IGBT不至於過熱而燒壞。為了不引起誤保護，器件還設計消隱時間電路，它是利 用器件內部高精度恆流源與外部電容實現的。
[0014] 本發明所用的驅動晶片涉及到+15V、+5V、-8V三種電壓，通過開關電源及降壓芯 片可以很容易得到。本設計採用單電源+15V供電設計，其中2ED020I12-F2晶片的第7引 腳VCC1HS和第17引腳VCC1LS採用+5V供電，由LM275HV BUCK降壓晶片得到+5V作為控 制信號電源，如圖1所示。驅動輸出級採用+15V和-8V兩路供電，開關電源輸出經過DC - DC模塊電源後，輸出+15V和-8V分別接至推輓輸出電路的兩個集電極，由帶隔離變壓器功 能的隔離電源得到，這樣使得控制信號和電源供電都實現了前後級的電隔離。圖2為通過 QA04電源隔離輸出晶片得到的+15V、-8V電壓原理圖，QA04是專為IGBT驅動器而設計的 DC - DC模塊電源，具有兩組電源隔離的特點，比常規電源產品帶更大容性負載並且具有更 小的隔離電容和更高的隔離電壓。
[0015] 圖3是基於2ED020I12-F2的IGBT驅動電路原理圖。2ED020I12-F2應用無芯變壓 器技術隔離信號側與功率側，集成了如監測欠壓鎖定、看門狗、硬關斷、軟關斷、差分輸入、 軌對軌輸出、Vce過飽和檢測、有源米勒鉗位等功能。
[0016] 以下說明均以導通上橋臂工作為例。2ED020I12-F2的輸入模式可分兩種,一種為 正向輸入即高電平有效，這時需要把INHS-腳接低電平。另一種為反向輸入即低電平有效， 這時需要把INHS+腳接高電平。在電平信號輸入時，內部由最小脈衝寬度限制，這樣會消除 高頻脈衝幹擾。
[0017] 圖3電路中由IN_T1腳信號經過鉗位二極體D7和D10後輸入2ED020I12-F2，其中 IN_T1腳為驅動板接插件從外部輸入信號PWM1，具體可從圖3中識別出，兩個二極體可以 使輸入電壓鉗位在0?5V的範圍內，電容C6對輸入信號有高頻濾波的作用。0UTHS輸出通 過R7連接至三極體T1與T2組成的推挽電路，此推輓輸出電壓為-8V?+15V，輸出電流最 大時可達16A，驅動能力很大。其中，T1、T2發射極之間串聯二極體D9防止電流逆嚮導通， 導致IGBT誤導通。
[0018] 2ED020I12-F2根據IN_T1腳輸入給定的電平信號，決定輸出的脈衝波形，同時監 測IGBT的CE兩端電壓值。在正常情況下，Irms腳輸出高電平，RDYHS腳輸出高電平，三 極管T3導通，則發光二極體LED0點亮，表明晶片正常工作。
[0019] 如果有短路或者很大的電流流過IGBT，IGBT會進入欠飽和狀態，電壓迅速上升。 當DESATHS腳監測到電壓值高於9V時，晶片迅速封鎖驅動輸出，軟關斷IGBT，以防止di/dt 快速上升產生較高電壓；同時觸發器件內部的反饋通道使輸出為低電平，通知控制 器封鎖PWM輸出。
[0020] 為了確保IGBT可靠地開通與關斷，2ED020I12-F2對供電電壓進行檢測，當VCC1HS 的電壓低於門限電壓VUL0L1的值或者VCC2HS低於VUL0L2的值，晶片會自動停止工作，處 於鎖定狀態。晶片也會通過看門狗監測內部信號，判斷信號傳輸是否正常。通過觀察發光 二極體LED0來判斷RDYHS引腳的輸出狀態，得知晶片工作是否正常。
[0021] 2ED020I12-F2的輸出為推挽方式，內部M0SFET管壓降很低，所以降低了最大電流 輸出時的功耗，提高了器件應用的可靠性。
[0022] IGBT的結構決定了在IGBT的CG與GE間存在一電容雖然電容容量很小，但是 如果在半橋結構中打開下橋IGBT時會引起上橋IGBT 二職duCE/dt的變化，因為IGBT的 CG之間存在一電容CCG,那麼此時會產生電流iCE=CCG ? duc/dt。電流iCE通過Miller電容 CCG、門極電阻、CGE構成電流迴路，當Q上的電壓大於IGBT的開通電壓就會引起IGBT導 通，從而引起上下管同時導通的極端情況。為了消除米勒效應，可以通過CLAMP引腳實時監 測IGBT門極電壓，當GE間的電壓超過2V時，器件會自動打開內部M0SFET，以便使&電荷 迅速釋放，這就是米勒鉗位電路。
[0023] 圖4是通過實際運行得到的輸出脈衝波形圖。根據本發明基於2ED020I12-F2芯 片的IGBT驅動電路設計，能夠運用於1200V的IGBT驅動，通過觀察本發明輸出波形，可以 清楚地看到本發明能夠正常的驅動IGBT開關管，滿足實際需求，解決實際問題。
【權利要求】
1. 一種基於2ED020I12-F2晶片的IGBT驅動電路，其特徵在於，包括開關電源、降壓芯 片、DC - DC模塊電源、2ED020I12-F2功率開關器件柵極驅動器，開關電源輸出經過降壓芯 片得到控制信號電源，開關電源輸出經過DC - DC模塊電源隔離降壓後，輸出正負兩路驅 動電源分別接至IGBT驅動電路中上下兩個橋臂推輓輸出電路的兩個集電極；給兩個定電 平信號分別經過鉗位二極體和高頻濾波電容接2ED020I12-F2晶片兩個輸入INHS+引腳， 2ED020I12-F2晶片兩個輸出OUTHS引腳通過電阻連接至兩個三極體組成的推挽電路，此推 輓輸出電壓為正負兩路驅動電源電壓之間；2ED020I12-F2晶片兩個CLAMP引腳分別接兩個 OUTHS引腳，實時監測IGBT門極電壓；2ED020I12-F2晶片的VCC和VEE引腳分別檢測控制 信號電源、正負兩路驅動電源上下門限電壓。
2.根據權利要求1所述基於2ED020I12-F2晶片的IGBT驅動電路，其特徵在於，所述 兩個三極體組成的推挽電路中兩個三極體發射極之間串聯二極體防止電流逆嚮導通，導致 IGBT誤導通。
3.根據權利要求1所述基於2ED020I12-F2晶片的IGBT驅動電路，其特徵在於，所述 2ED020I12-F2晶片的DESATHS引腳檢測流過IGBT電流，當DESATHS引腳檢測電流過大時， 2ED020I12-F2晶片的引腳輸出對應的檢測信號到控制器，控制器根據引腳 輸出信號封鎖PWM輸出。
【文檔編號】H02M1/088GK104218780SQ201410528364
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】馬立新, 費少帥, 張海兵, 徐鎮乾 申請人:上海理工大學