[发明专利]基于有源栅极电流控制方式的IGBT电流源驱动电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子驱动领域，更具体地说，涉及一种基于有源栅极电流控制方式的IGBT电流源驱动电路及其控制方法。

背景技术

IGBT是一种常用的中、大功率开关器件，随着新技术的应用，IGBT也在朝着高电压、大电流、高频率的方向发展，IGBT驱动器是功率变换器控制单元和强电回路之间的纽带，它控制着IGBT的导通、关断状态并对可以实现对开关性能的优化。

目前使用的典型驱动电路难以同时满足抑制du/dt、di/dt和减小开关损耗的要求，为了得到合理的驱动电路，V.John教授提出了一种有源栅极驱动方式(AGD:Active Gate Drive)，将导通、关断信号分别分为3个阶段来实现对IGBT的控制，取得了良好的效果。为了保证IGBT能够可靠的工作在安全工作区(SOA)内，S.Park教授提出了增加栅-集电极(Gate-Colletor)之间的可控的米勒电容C_M，借助于控制流过C_M上的电流来达到控制du/dt、di/dt的目的，但是这样会导致开关损耗的增加。N.Idir教授提出通过将驱动电压V_gs设置为两个电压等级方式，该方法是在抑制du/dt、di/dt和增加开关损耗之间进行的折中处理。

近几年来，一些闭环控制策略也被专家、学者们引入到IGBT驱动电路中来。P.J.Grbovic教授提出了将V_gs信号以前馈方式引入到V_GG+和V_GG-中，有效地减少了开通时V_ce的拖尾电压和损耗。彭方正教授则是提出将发射极(Emitter)电流以反馈形式引入到IGBT栅极驱动电路。以P.R.Palmer教授为代表，针对在大功率场合使用的IGBT，提出一种有源电压控制(Active Voltage Control)方式并对该方式进行了优化和稳定性分析，取得了很好的驱动效果。

以上IGBT驱动器虽然取得较好的驱动效果，但是它们都是基于电压源驱动，即在栅极-发射极之间加上脉冲电压信号。由于IGBT功率器件在栅极回路(包括栅极和发射极)存在寄生电感，以及IGBT器件固有的栅极电容C_gc(一般在10pF～100nF甚至更大)和密勒电容C_ge，严重限制了驱动效果。

发明内容

1.本发明要解决的问题

针对现有技术中由于难以同时满足抑制du/dt、di/dt和减小开关损耗要求的问题，本发明提供了一种基于有源栅极电流控制方式的IGBT电流源驱动电路及其控制方法，本发明的电路和方法在抑制du/dt、di/dt的同时可以减小开关损耗。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

基于有源栅极电流控制方式的IGBT电流源驱动电路，所述的驱动电路包括由正电源V_GG+、负电源V_GG-、IGBT开关管S₁、IGBT开关管S₂、IGBT开关管S₃、IGBT开关管S₄、IGBT开关管S₅、IGBT开关管S₆和滤波电感L_R；

所述正电源V_GG+与IGBT开关管S₁集电极相连接，IGBT开关管S₁发射集与IGBT开关管S₂集电极相连接，IGBT开关管S₂发射极与负电源相V_GG-连接，IGBT开关管S₃集电极与正电源V_GG+相连接，IGBT开关管S₃发射集与IGBT开关管S₄集电极相连接，IGBT开关管S₄发射极与负电源相V_GG-连接，滤波电感L_R一端与IGBT开关管S₁发射集连接，另一端与IGBT开关管S₃发射集连接，IGBT开关管S₅集电集与IGBT开关管S₃发射集相连接，IGBT开关管S₅发射集与IGBT开关管S₆发射极相连接。

所述的基于有源栅极电流控制方式的IGBT电流源驱动电路的控制方法，其步骤为：