[发明专利]IGBT驱动电路和电机控制器

说明书

本发明公开一种IGBT驱动电路和电机控制器。IGBT驱动电路包括正极母排、负极母排、输出母排、上桥IGBT管和下桥IGBT管，上桥IGBT管设置在正极母排和输出母排之间，下桥IGBT管设置在负极母排和输出母排之间，还包括第一过压保护电路和第二过压保护电路，第一过压保护电路与输出母排和上桥IGBT管相连，用于根据输出母排和上桥IGBT管之间的上桥感应电压，给上桥IGBT管的门极电容充电；第二过压保护电路与负极母排和下桥IGBT管相连，用于根据负极母排和下桥IGBT管之间的下桥感应电压，给下桥IGBT管的门极电容充电。该IGBT驱动电路主要利用母排的杂散电感产生的感应电压来延缓IGBT管的关断时间，以减少IGBT管在关断瞬间潜在的过电压风险，有效保护IGBT管，保证钳位效果，且器件成本低。

技术领域

本发明涉及汽车电子设计技术领域，尤其涉及一种IGBT驱动电路和电机控制器。

背景技术

普及新能源汽车是当前汽车行业发展的主题，电机控制器作为其中的核心部件，其功能安全设计越来越受到重视。IGBT驱动芯片是电机控制器的核心器件，一般自带有退饱和过流保护功能，但过压情况下一般需要额外的过压保护电路实现过压保护。由于IGBT的集电极(以下简称为C极)和发射极(以下简称为E极)之间存在杂散电感，在IGBT关断瞬间急速变化的电流产生感应电压，叠加在母线电压端，从而出现关断电压尖峰，当尖峰电压超过IGBT的最大耐压时，可能损坏IGBT。当前常用的保护方法是植入有源钳位电路，以实现过压保护。

图1示出现有有源钳位电路的一示意图。如图1所示，在IGBT的C极和门极(以下简称为G极)之间并入一条双向的TVS管D11，或者单向的TVS管D11串联一条快速恢复二极管D12，这种电路成本较低，易于实现。一般来说，TVS管D11的钳位电压高于IGBT的正常工作电压；正常情况下，TVS管D11处于截止状态，当IGBT发生短路时，驱动芯片会紧急关断门极信号，流经IGBT的电流Ic瞬间截止，由于C极与E极之间存在杂散电压Lm，会产生感应电压：ΔV＝Lm*(dIc/dt)，t是IGBT门极的关断时间，杂散电感Lm通常是定值，Ic越大，t越小，感应电压ΔV就越大，这个感应电压叠加在母线上，如果高于IGBT的最大耐压，IGBT可能会承受不住而击穿烧毁。在IGBT上配置由TVS管D11和快速恢复二极管D12所形成的钳位电路后，高电压会击穿TVS管D11，电流Ic经过TVS管D11和快速恢复二极管D12流入IGBT的门极，门极电位得以抬升，减慢门极电容的放电速度，延缓IGBT门极的关断时间t，由ΔV＝Lm*(dIc/dt)可知，t越大，ΔV越小，从而减小关断尖峰电压，保护IGBT，避免被击穿的风险。这种有源钳位电路存在如下问题：其一是，有源钳位工作瞬间，IGBT正在关闭，此时，推挽三极管Q11导通，流经TVS管D11和快速恢复二极管D12的电流Ic，大部分经IGBT的驱动电阻R11和推挽三极管Q11旁路掉了，小部分电流流入IGBT的门极，会导致TVS管D11功耗增加，不能工作在钳位点，从而影响钳位效果。其二是，当尖峰电压高于TVS管D11的击穿电压，从而烧坏TVS管D11时，不但不能钳位，而且会造成IGBT二次导通，形成桥臂短路。其三是，TVS管D11体积较大，功耗高，不易选型。

图2示出现有有源钳位电路的一示意图，是对图1所示的有源钳位电路进行优化，如图2所示，通过增加一片ASIC(专用集成电路)，当TVS管D11击穿时，电流Iaac会流入ASIC的AAC，AAC会根据电流Iaac的大小调整下管MOSFET，当电流Iaac大于40mA时，下管MOSFET会线性关断，当电流Iaac大于500mA，下管MOSFET完全关断，此时，IGBT门极处于开路状态，电流Iz会向门极电容充电，使门极电压从米勒平台回到15V，从而使关断电流变缓慢，达到电压钳位的效果。该电路中TVS管D11负载小，工作点接近额定钳位点，钳位精度高，但电路复杂，不利于PCB小型化，可能还会引入EMI，且专用芯片成本高。

发明内容

本发明实施例提供一种IGBT驱动电路和电机控制器，以解决IGBT驱动电路中的有源钳位电路无法兼顾成本和钳位效果的问题。