[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

权利要求书

1.基于有源栅极电流控制方式的IGBT电流源驱动电路，其特征在于：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。

2.根据权利要求1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：

(1)t₀～t₁阶段：在t₀时刻，IGBT开关管S₁零电流导通，IGBT开关管S₂由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₃、S₅保持关断状态，开关管S₄、S₆保持导通状态，这一阶段，电路开始对滤波电感L_R进行预充电，电流流向：S₁→L_R→S₄；此阶段滤波电感L_R的电流I_L增加，此驱动电路所驱动的开关管Q管的门极电压被钳位在零电压；

(2)t₁～t₂阶段：在t₁时刻，IGBT开关管S₄、S₆由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₅由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₁保持导通状态，IGBT开关管S₂、S₃保持关断状态，这一阶段，此阶段滤波电感L_R的电流I_L通过IGBT开关管S₅和IGBT开关管S₆的反向二极管开始对IGBT的栅极电容充电，电流流向：S₁→L_R→C_iss，直到所述开关管Q管的栅极电压达到栅阀电压V_ge(th)为止，其中，C_iss为输入电容且C_iss＝C_gc+C_ge，式中，C_gc为IGBT器件固有的栅极电容，C_ge为密勒电容；

(3)t₂～t₃阶段：t₂时刻，IGBT开关管S₄由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₅由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₁保持导通状态，IGBT开关管S₂、S₃、S₆保持关断状态，这一阶段，V_ge≥V_ge(th)，此时流经IGBT开关管S₁、IGBT开关管S₄的集电极电流I_c可以表示为：

I_c＝g_fs×(V_ge-V_ge(th))

其中：g_fs为正向转移斜率，V_ge为栅射极电压；

(4)t₃～t₄阶段：在t₃时刻，IGBT开关管S₄由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₅由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₁保持导通状态，IGBT开关管S₂、S₃、S₆保持关断状态，IGBT开关管S₁、IGBT开关管S₄的集电极电流I_c达到其最大值I_cmax，即I_cmax等于负载电流与反向恢复电流之和，滤波电感L_R的电流I_L继续给输入电容C_iss充电；

(5)t₄～t₅阶段：在t₄时刻，IGBT开关管S₁由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₂、S₃由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₅保持导通状态，IGBT开关管S₄、S₆保持关断状态，IGBT的栅极电压钳位在V_GG+，电流流向为S₂→L_R→S₃，电感L_R中的能量通过此回路返回给负电源，电感电流I_L线性下降至零；

(6)t₅～t₆：在t₅时刻，IGBT开关管S₂由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₁、S₄、S₆保持关断状态，IGBT开关管S₃、S₅保持导通状态，电感中的能量全部返回给电源，电感电流I_L为零，此时IGBT开关管S₂关断，IGBT在导通过程中的栅极电压将一直被钳位在V_GG+；

(7)t₆～t₇：在t₆时刻，IGBT开关管S₂由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₃、S₅保持导通状态，IGBT开关管S₁、S₄、S₆保持关断状态，正电源V_GG+通过IGBT开关管S₃给滤波电感L_R反向预充电，使滤波电感L_R上的电流I_L从零开始反向线性增加，栅极电流I_g保持为0，栅射极电压V_ge保持不变；

(8)t₇～t₈：在t₇时刻，IGBT开关管S₃、S₅由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₆由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₁、S₄保持关断状态，IGBT开关管S₂保持导通状态，电容C_ge通过IGBT开关管S₆、IGBT开关管S₅的反向二极管、IGBT开关管S₂对电感L_R反向充电，栅极电流I_g反向突变并线性增加，滤波电感L_R上的电流I_L继续反向增加，栅射极电压V_ge开始下降；

(9)t₈～t₉：在t₈时刻，IGBT开关管S₃由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₆由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₁、S₄、S₅保持关断状态，IGBT开关管S₂保持导通状态，正电源V_GG+通过IGBT开关管S₂、IGBT开关管S₃给滤波电感L_R反向充电，使滤波电感I_L上的电流I_L持续反向线性上升，此电流值是忽略IGBT开关管S₂的导通压降后得到的，其中IGBT开关管S₂的反向二极管D₂上的导通压降为0.7V，由于IGBT开关管S₅、IGBT开关管S₆处于关断状态，栅极电流I_g突变为零，栅射极电压V_ge保持不变；

(10)t₉～t₁₀：在t₉时刻，IGBT开关管S₃由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₆由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₁、S₄、S₅保持关断状态，IGBT开关管S₂保持导通状态，电容C_ge通过IGBT开关管S₆、IGBT开关管S₅的反向二极管、IGBT开关管S₂对电感L_R反向充电，栅极电流I_g反向突变为t₈时刻的电流值并线性增加，滤波电感L_R上的电流I_L反向继续增加，栅射极电压V_ge继续下降到0；

(11)t₁₀～t₁₁：在t₁₀时刻，IGBT开关管S₁、S₄由关断状态转为导通状态，IGBT开关管S₂由导通状态转为关断状态，IGBT开关管S₆保持导通状态，IGBT开关管S₃、S₅保持关断状态，此时正电源V_GG+为5V，通过IGBT开关管S₁给滤波电感L_R充电，使滤波电感L_R上的电流开始线性上升，栅极电流I_g突变为零，栅射极电压V_ge保持为0不变。