[发明专利]开关驱动电路

说明书

技术领域

本发明是有关于一种开关驱动电路，且特别是有关于一种用以驱动全控型功率开关的开关驱动电路。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)为其中一种全控型功率开关元件，绝缘栅双极型晶体管的输入级与输出级分别由金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)和PNP型双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小、开关速度快(控制和响应)、输入阻抗高的特点，又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点。目前在中、大功率变换器中，绝缘栅双极型晶体管已成为主流功率器件。驱动电路作为功率电路和控制电路的纽带，其主要功能就是，将控制信号转换成所需的功率驱动信号，来保证绝缘栅双极型晶体管的充分开通和可靠关断。因此，驱动电路在准确传递控制信号，保证全控型功率开关元件发挥优良的性能方面起着非常重要的作用。

在大、中功率的变换器应用中，随着全控型功率开关元件开通和关断，存在较高的电压/电流变化梯度，并带来相应的杂讯干扰。这种环境之下，就要求驱动电路的具有良好的抗干扰性能，从而保证准确传递控制信号，实现全控型功率开关元件稳定而可靠的工作。同时，要求驱动电路实现功率侧与控制侧的良好隔离，以免在主电路发生严重故障时危及到控制电路。因此，准确、快速的传递控制信号，较强的抗干扰性能及良好的主、控电隔离功能成为驱动电路设计的难点。

目前，工业界已有很多成熟的驱动器可以可靠的驱动全控型功率开关元件。当驱动功率小，控制信号和功率器件不需要隔离时，驱动电路的设计相对简单。在中、大功率的应用环境，当控制信号需要和主功率器件隔离时，常用的会有以下几种驱动方式：光耦隔离驱动、光纤隔离驱动以及脉冲变压器隔离驱动。

光耦驱动方式，存在以下缺点：光耦的副边受供电电源限制(一般高速光耦的供电都是5V)、信号传递延时长、原副边隔离电压不高、以及稳定性低。

光纤驱动目前在高压场合应用比较广泛，但亦存在以下缺点：光纤的接收器供电电源受限制(一般为5V)、因其插接端口容易积灰而使稳定性低于磁芯元件、以及数目多会导致系统接线复杂并使造价提高。

另一种方式以脉冲变压器隔离驱动全控型功率开关元件，主要分为有源和无源方式。无源方式相对简单，即用脉冲变压器直接驱动全控型功率开关元件，无需副边电源。无源方式下，脉冲变压器必须同时传递驱动信号与功率，从而使得变压器要有足够大的体积，随之带来变压器原副边寄生电容的增大，共模杂讯干扰严重。这些问题在中、大功率应用中是应避免的。

有源方式下，脉冲变压器只提供传递驱动控制信号功能，副边提供相应的功率电源。与无源方式相比，磁芯体积可以减小。但如果控制信号的频率降低，驱动控制信号的占空比会增大，为防止磁芯饱和，磁芯的体积也需要相应的增大，同样原副边寄生电容也会随之增大。可知在有源方式下，脉冲变压器的体积受到工作频率的限制。

但无论从有源方式还是无源方式来看，脉冲变压器都会带来寄生电容的问题，在大功率环境之下，这种寄生干扰噪声会对驱动控制电路产生较大干扰，恶劣时会使驱动电路产生误信号而触发全控型功率开关元件导通或关断，严重影响了系统的可靠性。

发明内容

鉴于以上所述，本发明提出一种基于磁隔离传递技术实现抗干扰及共模噪声抑制的开关驱动电路，适用于驱动全控型功率开关元件。本发明的开关驱动电路传输延时短，不受控制信号的频率和脉宽限制，并同时具有抗干扰及共模噪声抑制电路，以提高抗干扰能力。另外相对光纤而言，以脉冲变压器驱动方式在高压大功率应用中具有高稳定性且为低成本。

本发明的一方面是在提供一种开关驱动电路用以驱动一全控型功率开关，该开关驱动电路包含脉宽调制单元、脉冲变压器、抗干扰模块、脉宽解调单元以及驱动功率放大单元。脉宽调制单元用以将一驱动输入信号转换为一正负窄脉冲信号。脉冲变压器具有一一次侧以及一二次侧，该一次侧耦接至该脉宽调制单元，该正负窄脉冲信号经该脉冲变压器传递至该二次侧。抗干扰模块耦接至该二次侧，该正负窄脉冲信号包含多个正脉冲以及多个负脉冲，该抗干扰模块用以滤除该多个正脉冲以及该多个负脉冲的脉冲幅度未达一有效阈值者。脉宽解调单元耦接至该抗干扰模块，用以将过滤后的该正负窄脉冲信号转换为一驱动输出信号。驱动功率放大单元耦接于该脉宽解调单元与该全控型功率开关之间。