基于有源柵極電流控制方式的igbt電流源驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法，屬于電力電子驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。該驅(qū)動(dòng)電路包括由正電源VGG+、負(fù)電源VGG-、IGBT開關(guān)管S1、IGBT開關(guān)管S2、IGBT開關(guān)管S3、IGBT開關(guān)管S4、IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6(以下簡(jiǎn)稱S1、S2、S3、S4、S5、S6)和濾波電感LR；正電源VGG+與S1集電極相連接，S1發(fā)射集與S2集電極相連接，S2發(fā)射極與負(fù)電源相VGG-連接，S3集電極與正電源VGG+相連接，S3發(fā)射集與S4集電極相連接，S4發(fā)射極與負(fù)電源相VGG-連接，濾波電感LR一端與S1發(fā)射集連接，另一端與S3發(fā)射集連接，S5集電集與S3發(fā)射集相連接，S5發(fā)射集與S6發(fā)射極相連接。本發(fā)明的電路和方法在提高IGBT開關(guān)速度、降低開關(guān)損耗的同時(shí)，保證了IGBT工作在其安全工作區(qū)內(nèi)。
【專利說明】基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路及其
控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是一種常用的中、大功率開關(guān)器件，隨著新技術(shù)的應(yīng)用，IGBT也在朝著高電壓、大電流、高頻率的方向發(fā)展，IGBT驅(qū)動(dòng)器是功率變換器控制單元和強(qiáng)電回路之間的紐帶，它控制著IGBT的導(dǎo)通、關(guān)斷狀態(tài)并對(duì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)性能的優(yōu)化。
[0003]目前使用的典型驅(qū)動(dòng)電路難以同時(shí)滿足抑制du/dt、di/dt和減小開關(guān)損耗的要求，為了得到合理的驅(qū)動(dòng)電路，V.John教授提出了一種有源柵極驅(qū)動(dòng)方式(AGD = ActiveGate Drive)，將導(dǎo)通、關(guān)斷信號(hào)分別分為3個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的控制，取得了良好的效果。為了保證IGBT能夠可靠的工作在安全工作區(qū)(SOA)內(nèi)，S.Park教授提出了增加?xùn)?集電極(Gate-Colletor)之間的可控的米勒電容Cm,借助于控制流過Cm上的電流來達(dá)到控制du/dt、di/dt的目的,但是這樣會(huì)導(dǎo)致開關(guān)損耗的增加。N.1dir教授提出通過將驅(qū)動(dòng)電壓Vgs設(shè)置為兩個(gè)電壓等級(jí)方式，該方法是在抑制du/dt、di/dt和增加開關(guān)損耗之間進(jìn)行的折中處理。
[0004]近幾年來，一些閉環(huán)控制策略也被專家、學(xué)者們引入到IGBT驅(qū)動(dòng)電路中來。P.J.Grbovic教授提出了將Vgs信號(hào)以前饋方式引入到Vee+和Ngg_中，有效地減少了開通時(shí)Vra的拖尾電壓和損耗。彭方正教授則是提出將發(fā)射極(Emitter)電流以反饋形式引入到IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路。以P.R.Palmer教授為代表，針對(duì)在大功率場(chǎng)合使用的IGBT，提出一種有源電壓控制(Active Voltage Control)方式并對(duì)該方式進(jìn)行了優(yōu)化和穩(wěn)定性分析,取得了很好的驅(qū)動(dòng)效果。
[0005]以上IGBT驅(qū)動(dòng)器雖然取得較好的驅(qū)動(dòng)效果，但是它們都是基于電壓源驅(qū)動(dòng)，即在柵極-發(fā)射極之間加上脈沖電壓信號(hào)。由于IGBT功率器件在柵極回路(包括柵極和發(fā)射極)存在寄生電感，以及IGBT器件固有的柵極電容Cg。(一般在IOpF?IOOnF甚至更大)和密勒電容Cge，嚴(yán)重限制了驅(qū)動(dòng)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]1.本發(fā)明要解決的問題
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中由于難以同時(shí)滿足抑制du/dt、di/dt和減小開關(guān)損耗要求的問題，本發(fā)明提供了一種基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法，本發(fā)明的電路和方法在抑制du/dt、di/dt的同時(shí)可以減小開關(guān)損耗。
[0008]2.技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0010]基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路，所述的驅(qū)動(dòng)電路包括由正電源vee+、負(fù)電源V1、IGBT開關(guān)管S1、IGBT開關(guān)管S2、IGBT開關(guān)管S3、IGBT開關(guān)管S4、IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6和濾波電感Lk ；
[0011]所述正電源Vee+與IGBT開關(guān)管S1集電極相連接，IGBT開關(guān)管S1發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S2集電極相連接，IGBT開關(guān)管S2發(fā)射極與負(fù)電源相Vee_連接，IGBT開關(guān)管S3集電極與正電源Vee+相連接，IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S4集電極相連接，IGBT開關(guān)管S4發(fā)射極與負(fù)電源相Ve(；_連接，濾波電感Lk 一端與IGBT開關(guān)管S1發(fā)射集連接，另一端與IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集連接，IGBT開關(guān)管S5集電集與IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集相連接，IGBT開關(guān)管S5發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S6發(fā)射極相連接。
[0012]所述的基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，其步驟為:
[0013](l)t0~階段:在t0時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S1零電流導(dǎo)通，IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管S4、S6保持導(dǎo)通狀態(tài)，這一階段，電路開始對(duì)濾波電感Lk進(jìn)行預(yù)充電，電流流向:S1 — Lk — S4 ;此階段濾波電感Lk的電流込增加，此驅(qū)動(dòng)電路所驅(qū)動(dòng)的開關(guān)管Q管的門極電壓被鉗位在零電壓；
[0014]{2) X1~t2階段:在&時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S4、S6由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3保持關(guān)斷狀態(tài)，這一階段，此階段濾波電感Lk的電流L通過IGBT開關(guān)管S5和IGBT開關(guān)管S6的反向二極管開始對(duì)IGBT的柵極電容充電，電流流向=S1 — Lk — Ciss,直到所述開關(guān)管Q管的柵極電壓達(dá)到柵閥電 壓Vge(th)為止，其中，Ciss為輸入電容且Ciss = Cgc+Cge,式中，Cg。為IGBT器件固有的柵極電容(一般在IOpF~IOOnF甚至更大)，Cge為密勒電容；
[0015]此階段電感電流變化緩慢，可近似認(rèn)為不變。
[0016](3)t2~t3階段:t2時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S4由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3、S6保持關(guān)斷狀態(tài)，這一階段，Vge≥Vge(th)，IGBT處于導(dǎo)通的主動(dòng)區(qū)域，類似功率M0SFET，此時(shí)流經(jīng)IGBT開關(guān)管Sp IGBT開關(guān)管S4的集電極電流I。可以表示為:
[0017]Ic = gfsX (Vge-Vge(th))
[0018]其中:gfs為正向轉(zhuǎn)移斜率，Vge為柵射極電壓；
[0019]在IGBT開通過程中，這一階段比較復(fù)雜，若忽略集射極間電壓V。。電壓的輕微下降，可以將gfs假設(shè)為常數(shù)。因此，若在t2時(shí)刻關(guān)斷IGBT開關(guān)管S5，不再給輸入電容Ciss充電，使得t2~t3時(shí)間段相對(duì)變長(zhǎng)，則可以達(dá)到控制diydt的目的。同時(shí)，IGBT開關(guān)管S1~S3狀態(tài)保持不變，IGBT開關(guān)管S4導(dǎo)通，電感電流k略微增加。
[0020]⑷t3~t4階段:在t3時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S4由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3、S6保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1UGBT開關(guān)管S4的集電極電流I。達(dá)到其最大值1。_，即1。_等于負(fù)載電流與反向恢復(fù)電流之和，濾波電感Lk的電流L繼續(xù)給輸入電容Ciss充電；輕微的密勒效應(yīng)將在這個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)。
[0021](5)t4~t5階段:在t4時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S1由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管s2、S3由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S4、S6保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT的柵極電壓鉗位在Vee+,電流流向?yàn)镾2 — Lk — S3,電感Lk中的能量通過此回路返回給負(fù)電源，電感電流込線性下降至零；
[0022](6) t5?t6:在t5時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S。S4, S6保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持導(dǎo)通狀態(tài)，電感中的能量全部返回給電源，電感電流L為零，此時(shí)IGBT開關(guān)管S2關(guān)斷，IGBT在導(dǎo)通過程中的柵極電壓將一直被鉗位在
VGG+;
[0023](7) t6?t7:在t6時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S2由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管SpSpS6保持關(guān)斷狀態(tài)，正電源Vee+通過IGBT開關(guān)管S3給濾波電感Lk反向預(yù)充電,使濾波電感Lk上的電流Ilj從零開始反向線性增加,柵極電流Ig保持為0，柵射極電壓Vge保持不變；
[0024](8)t7?t8:在t7時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S3、S5由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管Sp S4保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2保持導(dǎo)通狀態(tài)，電容Cge通過IGBT開關(guān)管S6、IGBT開關(guān)管S5的反向二極管、IGBT開關(guān)管S2對(duì)電感Lk反向充電，柵極電流Ig反向突變并線性增加，濾波電感Lk上的電流L繼續(xù)反向增加，柵射極電壓Vge開始下降；
[0025](9) t8?t9:在t8時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S3由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1、S4、S5保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2保持導(dǎo)通狀態(tài)，正電源Vee+通過IGBT開關(guān)管S2、IGBT開關(guān)管S3給濾波電感Lk反向充電，使濾波電感込上的電流k持續(xù)反向線性上升，此電流值是忽略IGBT開關(guān)管S2的導(dǎo)通壓降后得到的，其中IGBT開關(guān)管S2的反向二極管D2上的導(dǎo)通壓降為0.7V，由于IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6處于關(guān)斷狀態(tài)，柵極電流Ig突變?yōu)榱?，柵射極電壓\e保持不變；
[0026](10) t9?t1Q:在t9時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S3由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1、S4、S5保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2保持導(dǎo)通狀態(tài)，電容Cge通過IGBT開關(guān)管S6、IGBT開關(guān)管S5的反向二極管、IGBT開關(guān)管S2對(duì)電感Lk反向充電，柵極電流Ig反向突變?yōu)閠8時(shí)刻的電流值并線性增加，濾波電感Lk上的電流込反向繼續(xù)增加，柵射極電壓Vge繼續(xù)下降到O ;
[0027](ll)t10?tn:在t10時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S” S4由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)正電源Vee+為5V，通過IGBT開關(guān)管S1給濾波電感Lk充電，使濾波電感Lk上的電流開始線性上升，柵極電流Ig突變?yōu)榱?，柵射極電壓U呆持為O不變。
[0028]3.有益效果
[0029]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0030](I)采用本發(fā)明的基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法，在該驅(qū)動(dòng)策略下，t2?t3階段關(guān)斷IGBT開關(guān)管S5,不再給輸入電容Ciss充電，使得t2?t3時(shí)間段相對(duì)變長(zhǎng)，則可以達(dá)到控制diydt的目的也可以降低損耗，即本發(fā)明的電路和方法在提高IGBT開關(guān)速度、降低開關(guān)損耗的同時(shí)，保證了 IGBT工作在其安全工作區(qū)內(nèi)；
[0031](2)采用本發(fā)明的基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法，可以進(jìn)一步應(yīng)用到IGBT串聯(lián)使用領(lǐng)域，為電流源驅(qū)動(dòng)拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】[0032]圖1:電流源驅(qū)動(dòng)及AGCC控制原理圖；
[0033]圖2:電流源驅(qū)動(dòng)IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷過程；
[0034]圖3:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)I等效電路圖；
[0035]圖4:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)2等效電路圖；
[0036]圖5:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)3等效電路圖；
[0037]圖6:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)4等效電路圖；
[0038]圖7:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)5等效電路圖；
[0039]圖8:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)6等效電路圖；
[0040]圖9:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)7等效電路圖；
[0041]圖10:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)8等效電路圖；
[0042]圖11:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)9等效電路圖；
[0043]圖12:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)10等效電路圖；
[0044]圖13:基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)11等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0046]實(shí)施例1
[0047]如圖1，本實(shí)施例的基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路，它包括驅(qū)動(dòng)電路和AGCC控制算法。圖2為基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)參數(shù)波形圖，從圖中可以看到，在一個(gè)周期內(nèi)，即從h-tn這段時(shí)間內(nèi)，開關(guān)管Q的工作模態(tài)可以分為11個(gè)，具體每個(gè)工作模態(tài)如圖3?圖13所示。
[0048]驅(qū)動(dòng)電路由正電源Ve(；+、負(fù)電源Ve(；_、濾波電感LK、IGBT開關(guān)管S1' IGBT開關(guān)管S2、IGBT開關(guān)管S3、IGBT開關(guān)管S4、IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6組成，正電源Vee+與開關(guān)管S1集電極相連接，IGBT開關(guān)管S1發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S2集電極相連接，IGBT開關(guān)管S2發(fā)射極與負(fù)電源相I連接，IGBT開關(guān)管S3集電極與正電源Vee+相連接，IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S4集電極相連接，開關(guān)管S4發(fā)射極與負(fù)電源相Vee_連接，濾波電感Lk 一端與IGBT開關(guān)管S1發(fā)射集(IGBT開關(guān)管S2集電極)，另一端與IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集(IGBT開關(guān)管S4集電極)相連接，IGBT開關(guān)管S5集電集與IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集(IGBT開關(guān)管S4集電極)相連接，IGBT開關(guān)管S5發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S6發(fā)射極相連接。
[0049]本實(shí)施例的基于上述有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，其步驟為:
[0050](I)首先，IGBT開關(guān)管S1零電流導(dǎo)通，IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管SpSpS6為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3、S5為關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)正電源Vee+為+5V,通過IGBT開關(guān)管S1給濾波電感Lk預(yù)充電，使濾波電感Lk上的電流由零開始線性上升，此電流值是忽略IGBT開關(guān)管S4的導(dǎo)通壓降后得到的，其中二極管D2上的導(dǎo)通壓降為0.7V ；如圖3。
[0051](2)當(dāng)IGBT開關(guān)管S4、S6由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管Sp S5為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3、S4、S6為關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)，濾波電感Lk上的電流込繼續(xù)增加，由于IGBT開關(guān)管S6的反向二極管的導(dǎo)通作用，電流込通過柵極電阻Rg向柵射電容Cge充電，柵極電流Ig從零突變后開始線性增加，柵射極電壓Vge從零開始線性增加；如圖4。
[0052](3)當(dāng)IGBT開關(guān)管S4由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管S5由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)后，開關(guān)管SpS4處于導(dǎo)通狀態(tài),開關(guān)管S2、S3、S5、S6處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),此時(shí),正電源Vee+通過開關(guān)管S1、開關(guān)管S4給濾波電感Lk充電，使濾波電感Lk上的電流k持續(xù)線性上升，此電流值是忽略IGBT開關(guān)管S4的導(dǎo)通壓降后得到的，其中二極管D4上的導(dǎo)通壓降為0.7V，由于IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6處于關(guān)斷狀態(tài)，柵極電流Ig為零，柵射極電壓Vge保持不變。如圖5。 [0053](4)當(dāng)IGBT開關(guān)管S4由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)后，開關(guān)管SpS5處于導(dǎo)通狀態(tài),開關(guān)管s2、s3、s4、s6處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),此時(shí),正電源繼續(xù)對(duì)電感Lk充電，濾波電感Lk上的電流L繼續(xù)增加，由于開關(guān)管S6反向二極管的導(dǎo)通作用，濾波電感1^上的電流L通過柵極電阻Rg向電容柵極電容Cge充電，柵極電流Ig從零突變到工作模態(tài)2結(jié)束時(shí)的電流值然后線性增加，柵射極電壓Vge線性增加。如圖6。
[0054](5)當(dāng)IGBT開關(guān)管S1由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管S2、S3、S5處于導(dǎo)通狀態(tài),開關(guān)管SpSpS6處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),此時(shí)濾波電感Lk通過IGBT開關(guān)管S2放電，使濾波電感Lk上的電流L由工作模態(tài)4時(shí)的電流值開始線性下降。如圖7。
[0055](6)當(dāng)IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管S3、S5處于導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管Sp S2, S4, S6處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，柵射極電壓Vge —直被鉗位在V.。如圖8。
[0056](7)當(dāng)IGBT開關(guān)管S2由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管S2、S3> S5處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管S1、S4, S6處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)，正電源Vee+通過IGBT開關(guān)管S3給濾波電感Lk反向預(yù)充電，使濾波電感Lk上的電流込從零開始反向線性增加，柵極電流Ig保持為0，柵射極電壓\e保持不變。如圖9。
[0057](8) IGBT開關(guān)管S3、S5由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管Sp S3> S4, S5處于關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S6處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，此時(shí)，電容Cge通過IGBT開關(guān)管S6、IGBT開關(guān)管S5的反向二極管、IGBT開關(guān)管S2對(duì)電感Lk反向充電，柵極電流Ig反向突變并線性增加，濾波電感Lk上的電流L繼續(xù)反向增加，柵射極電壓Vge開始下降。如圖10。[0058](9)當(dāng)IGBT開關(guān)管S3由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)后，開關(guān)管S1、S4, S5, S6處于關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管S2、S3處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，此時(shí)，正電源Vee+通過IGBT開關(guān)管S2、IGBT開關(guān)管S3給濾波電感Lk反向充電，使濾波電感L上的電流^持續(xù)反向線性上升，此電流值是忽略IGBT開關(guān)管S2的導(dǎo)通壓降后得到的，其中IGBT開關(guān)管S2的反向二極管D2上的導(dǎo)通壓降為0.7V，由于IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6處于關(guān)斷狀態(tài)，柵極電流Ig突變?yōu)榱?，柵射極電壓U呆持不變。如圖11。
[0059](10) IGBT開關(guān)管S3由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管Sp S3> S4, S5處于關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S6處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，此時(shí)，柵極電容Cge通過IGBT開關(guān)管S6、IGBT開關(guān)管S5的反向二極管、IGBT開關(guān)管S2對(duì)電感Lk反向充電，柵極電流Ig反向突變?yōu)楣ぷ髂B(tài)8結(jié)束時(shí)的電流并線性增加，濾波電感Lk上的電流込反向繼續(xù)增加，柵射極電壓Vge繼續(xù)下降到O。如圖12。
[0060](11) IGBT開關(guān)管Sp S4由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)后，IGBT開關(guān)管Sp S4, S6為導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管S2、S3> S5為關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)正電源Vee+為5V，通過IGBT開關(guān)管S1給濾波電感Lk充電，使濾波電感Lk上的電流開始線性上升，柵極電流Ig突變?yōu)榱?，柵射極電壓 \e保持為O不變；如圖13。
【權(quán)利要求】
1.基于有源柵極電流控制方式的IGBT電流源驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)電路包括由正電源vee+、負(fù)電源V1、IGBT開關(guān)管S1、IGBT開關(guān)管S2、IGBT開關(guān)管S3、IGBT開關(guān)管S4、IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6和濾波電感Lk ； 所述正電源Vee+與IGBT開關(guān)管S1集電極相連接，IGBT開關(guān)管S1發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S2集電極相連接，IGBT開關(guān)管S2發(fā)射極與負(fù)電源相Vee_連接，IGBT開關(guān)管S3集電極與正電源Vee+相連接，IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S4集電極相連接，IGBT開關(guān)管S4發(fā)射極與負(fù)電源相Ve(；_連接，濾波電感Lk 一端與IGBT開關(guān)管S1發(fā)射集連接，另一端與IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集連接，IGBT開關(guān)管S5集電集與IGBT開關(guān)管S3發(fā)射集相連接，IGBT開關(guān)管S5發(fā)射集與IGBT開關(guān)管S6發(fā)射極相連接。
2.根據(jù)權(quán)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(qū)動(dòng)電路的控制方法，其步驟為: (Dt0~h階段:在h時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S1零電流導(dǎo)通，IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管S4、S6保持導(dǎo)通狀態(tài)，這一階段，電路開始對(duì)濾波電感Lk進(jìn)行預(yù)充電，電流流向:S1 — Lk — S4 ;此階段濾波電感Lk的電流込增加，此驅(qū)動(dòng)電路所驅(qū)動(dòng)的開關(guān)管Q管的門極電壓被鉗位在零電壓； ⑵&~t2階段:在h時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S4、S6由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3保持關(guān)斷狀態(tài)，這一階段，此階段濾波電感Lk的電流L通過IGBT開關(guān)管S5和IGBT開關(guān)管S6的反向二極管開始對(duì)IGBT的柵極電容充電，電流流向=S1 — Lk — Ciss,直到所述開關(guān)管Q管的柵極電壓達(dá)到柵閥電壓Vge(th)為止，其中，Ciss為輸入電容且Ciss = Cgc+Cge,式中，Cg。為IGBT器件固有的柵極電容，Cge為密勒電容； (3)t2~t3階段:t2時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S4由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3、S6保持關(guān)斷狀態(tài)，這一階段，Vge≥Vge(th)，此時(shí)流經(jīng)IGBT開關(guān)管Sp IGBT開關(guān)管S4的集電極電流I?？梢员硎緸?
I。= gfsx (Vge-Vge(th)) 其中:gfs為正向轉(zhuǎn)移斜率，Vge為柵射極電壓； (4)t3~t4階段:在t3時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S4由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3、S6保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1UGBT開關(guān)管S4的集電極電流I。達(dá)到其最大值1。_，即1。_等于負(fù)載電流與反向恢復(fù)電流之和，濾波電感Lk的電流込繼續(xù)給輸入電容Ciss充電； (5)t4~t5階段:在t4時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S1由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2、S3由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S5保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S4、S6保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT的柵極電壓鉗位在Vee+，電流流向?yàn)镾2 — Lk — S3,電感Lk中的能量通過此回路返回給負(fù)電源，電感電流込線性下降至零； (6)t5~t6:在t5時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S1' S4,S6保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持導(dǎo)通狀態(tài)，電感中的能量全部返回給電源，電感電流込為零，此時(shí)IGBT開關(guān)管S2關(guān)斷，IGBT在導(dǎo)通過程中的柵極電壓將一直被鉗位在Vee+ ； (7)t6~t7:在t6時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S2由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管SpSpS6保持關(guān)斷狀態(tài)，正電源Vee+通過IGBT開關(guān)管S3給濾波電感Lk反向預(yù)充電,使濾波電感Lk上的電流Ilj從零開始反向線性增加,柵極電流Ig保持為O,柵射極電壓U呆持不變； ⑶t7~t8:在t7時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S3、S5由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管SpS4保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2保持導(dǎo)通狀態(tài)，電容Cge通過IGBT開關(guān)管S6、IGBT開關(guān)管S5的反向二極管、IGBT開關(guān)管S2對(duì)電感Lk反向充電，柵極電流Ig反向突變并線性增加，濾波電感LKi的電流L繼續(xù)反向增加，柵射極電壓Vge開始下降； (9)t8~t9:在t8時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S3由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管Sp S4, S5保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2保持導(dǎo)通狀態(tài)，正電源Vee+通過IGBT開關(guān)管S2、IGBT開關(guān)管S3給濾波電感Lk反向充電，使濾波電感込上的電流k持續(xù)反向線性上升，此電流值是忽略IGBT開關(guān)管S2的導(dǎo)通壓降后得到的，其中IGBT開關(guān)管S2的反向二極管D2上的導(dǎo)通壓降為0.7V，由于IGBT開關(guān)管S5、IGBT開關(guān)管S6處于關(guān)斷狀態(tài)，柵極電流Ig突變?yōu)榱?，柵射極電壓\e保持不變； (10)t9~t10:在t9時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S3由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管Sp S4, S5保持關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2保持導(dǎo)通狀態(tài)，電容Cge通過IGBT開關(guān)管S6、IGBT開關(guān)管S5的反向二極管、IGBT開關(guān)管S2對(duì)電感Lk反向充電，柵極電流Ig反向突變?yōu)閠8時(shí)刻的電流值并線性增加，濾波電感Lk上的電流L反向繼續(xù)增加，柵射極電壓Vge繼續(xù)下降到O ; (IDt10~tn:在t10時(shí)刻，IGBT開關(guān)管S。S4由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S2由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S6保持導(dǎo)通狀態(tài)，IGBT開關(guān)管S3、S5保持關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)正電源Vee+為 5V，通過IGBT開關(guān)管S1給濾波電感Lk充電，使濾波電感Lk上的電流開始線性上升，柵極電流Ig突變?yōu)榱?，柵射極電壓Vge保持為O不變。
【文檔編號(hào)】H02M1/08GK103986315SQ201410258322
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】陳宗祥, 張慶豐, 趙瑞雪, 劉雁飛, 葛蘆生 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)