專利名稱：Igbt驅動器、信號處理方法、電機控制系統、車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及IGBT驅動，具體的說，涉及一種IGBT驅動器、信號處理方法、電機控制 系統、車輛。
背景技術：
IGBTdnsulated Gate Bipolar ^Transistor，絕緣柵雙極晶體管)驅動電路的功 能是將來自于微控制器的開關信號轉換成具有足夠功率的驅動信號，來保證IGBT可靠地 開通與關斷。同時，IGBT驅動電路也為微控制器和功率晶體管之間的電壓提供安全電氣隔 離。此外，為了使IGBT出現過流或短路故障時得到正確和有效的保護，保護功能一般也被 集成到驅動電路中。因此，IGBT驅動器的性能直接關系到整個逆變系統的可靠性。具體的 性能主要體現在以下幾方面由于IGBT柵極輸入具有電容特性，為了能使IGBT具有較快的 開關速度，驅動器必須能提供瞬時的較大驅動電流，從而減小開關損耗；要求為IGBT提供 完善的過載和短路保護功能；由于驅動器位于控制電路與高壓功率電路之間，還要求驅動 器提供較高的絕緣電壓耐量和較高的共模抑制比。目前，IGBT的驅動電路比較多，市場上各種成熟的驅動器產品也不少，主要包括 1)采用高速光耦的驅動器，這類驅動器電路的共同特點是采用高速、高共模抑制比、高隔 離電壓的光耦，但由于需要外接隔離電源，電路實現比較復雜。2)采用脈沖變壓器來實 現隔離，此方法存在成本和物理尺寸增加的問題；3)采用高頻脈沖調制的方式，是用高于 PWM(Pulse WidthModulation，脈寬調制)信號幾十倍的高頻脈沖信號作為載波，對控制信 號進行調制。此種方法的成本比較高，電路相對復雜，應用不普遍。在中國專利申請《IGBT驅動器及其驅動信號的處理方法)》(中國專利申請號 200610037366. 1)中，公開了一種IGBT驅動器，該驅動器包括用于將輸入信號轉變成矩形 波的波形整形電路、用于對信號完成復雜邏輯處理的CPLD邏輯控制器、用于轉換成尖脈沖 信號的脈沖調制放大電路、用于把信號耦合到次級的隔離變壓器、用于還原成PWM脈沖信 號的脈沖解調電路和輸出放大電路。在驅動信號處理時，輸入的PWM信號首先經波形整形 電路，變為邊沿陡峭的矩形波，矩形波信號輸入CPLD邏輯控制器，完成對信號實現邏輯處 理，輸出的脈沖控制信號進入調制放大電路，產生尖脈沖信號經隔離變壓器耦合到次級，再 由解調電路還原成PWM脈沖信號，然后通過輸出放大電路驅動IGBT。該發明采用以CPLD為 核心的輸入信號處理電路，克服由分離邏輯器件構成處理電路過于復雜的問題。然而，上述驅動器的電路改進僅僅涉及到單體驅動器的改進，而目前在很多應用 場合，都涉及到多個IGBT的同時使用，如圖1所示，現有的多個IGBT的同時使用，一般都是 選擇以上某種方式進行單體驅動，例如在圖1所示的電路中，對于三相橋式電路的每一相， 都設置有各自的電源隔離電路以及上下橋信號的故障隔離電路，前端則設置有各自的PWM 輸入信號處理、故障處理單元以及對電源輸入進行DC/DC變換的單元。也就是說，現有技術 的多個IGBT同時使用，實際上是多個IGBT各自實現單體驅動。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種IGBT驅動器、信號處理方法、電機控制系統、車輛， 能夠實現多IGBT的整體驅動。為解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案一種IGBT驅動器，包括依次連接的IGBT驅動信號輸入電路、驅動信號隔離電路、 多IGBT輸出電路；所述IGBT驅動信號輸入電路產生的IGBT驅動信號，經過所述驅動信號 隔離電路加在所述IGBT輸出電路上，以驅動多IGBT輸出電路中的各個IGBT進行信號輸 出；還包括電源隔離電路，所述電源隔離電路包括與所述各個IGBT單獨對應的隔離輸出路 和與多個IGBT整體對應的公共輸出路。在上述驅動器的一種實施例中，所述多IGBT輸出電路為3相橋式電路，所述電源 隔離電路包括與3相橋式電路的3相上橋單獨對應的3路隔離輸出路和與3相橋式電路的 3相下橋整體對應的1路公共輸出路。在上述驅動器的一種實施例中，所述電源隔離電路中的每一路輸出路包括變壓器 副邊、整流二極管、穩壓管、第一電解電容、第二電解電容、電感、第一電容、第二電容、正電 壓輸出端、負電壓輸出端和地；所述變壓器副邊的一端連接所述整流二極管的正極，另一端 連接所述負電壓輸出端，所述整流二極管的負極、所述電感的一端、所述第一電解電容的正 極連接在一起，所述電感的另一端、所述第二電解電容的正極、所述正電壓輸出端連接在一 起，所述第一電容、第二電容串聯在一起，兩者相互連接的一端接地，所述第一電容的另一 端連接所述正電壓輸出端，所述第二電容的另一端連接所述負電壓輸出端，所述穩壓管的 負極連接所述第一電容、第二電容的連接交點，所述第一電解電容的負極、所述第二電解電 容的負極、所述穩壓管的正極連接在所述負電壓輸出端。在上述驅動器的一種實施例中，所述IGBT驅動信號輸入電路為PWM信號發生電路。本發明還提供了上述IGBT驅動器的驅動信號處理方法，包括多IGBT輸出電路向所述IGBT驅動信號輸入電路反饋故障檢測結果；所述IGBT驅動信號輸入電路在任一 IGBT反饋有故障信號時，關閉驅動信號，以使 多IGBT輸出電路的全部IGBT停止信號輸出。本發明也提供了一種包含上述IGBT驅動器的電機控制系統。本發明同時提供了 一種應用上述電機控制系統的車輛。所述車輛可以是電動汽車或混合動力車。本發明采用IGBT整體驅動，因而可以減少電路器件，使得電路簡單、成本降低，驅 動器的PCB面積也因而可以減少，同時也增加了驅動器的安全可靠性。
圖1為現有技術中的IGBT單體驅動的結構示意圖；圖2為本發明實施例的IGBT整體驅動的結構示意圖；圖3為本發明實施例的IGBT整體電源的結構示意圖；圖4為本發明的實施例的IGBT整體電源的電路結構圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。參見圖2，圖2描述了一種以三相橋式電路為例的IGBT驅動器，該IGBT驅動器，包 括依次連接的IGBT驅動信號輸入電路、驅動信號隔離電路、多IGBT輸出電路；IGBT驅動信 號輸入電路產生的IGBT驅動信號，經過所述驅動信號隔離電路加在所述IGBT輸出電路上， 以驅動多IGBT輸出電路中的各個IGBT進行信號輸出。其中，多IGBT輸出電路是以三相橋式電路為例，三相橋式電路中的A、B、C三相的 上橋和下橋，都具有各自的輸出信號處理通道、電源模塊及故障檢測單元。在三相橋式電路的前級，是IGBT的隔離電路，隔離電路中除了上述的驅動信號隔 離電路之外，還包括電源隔離電路以及故障隔離電路。在該電路中，電源隔離統一進行，而 信號及故障隔離則仍然對應三相橋式的各相上橋和下橋分別進行。在系統正常工作時，電 源模塊統一給隔離后的電路提供電源，信號仍經不同的隔離通道傳輸至副邊進行處理。如圖3所示，電源隔離電路在本例中采用四路隔離開關電源，其中三路電源分別 用于A、B、C相的上橋，將其稱為隔離輸出路，其與A、B、C相上橋各自的IGBT單獨對應，另一 路電源用于A、B、C相的下橋，將其稱為公共輸出路，其與A、B、C相的下橋整體對應。這樣 保證了各相上下橋之間電源的隔離，也保證了低壓部分(輸入信號處理)與高壓部分(驅 動信號處理)的隔離，同時還能節省隔離電源的通道數。如圖4所示，電源隔離電路包括驅動信號輸入到MOS管Ql的柵極，MOS管Ql導 通，則在變壓器Tl的原邊形成電壓，并分別耦合到四個變壓器副邊輸出，該四路變壓器副 邊輸出中，UT、VT、WT三路輸出為隔離輸出路，與A、B、C三相上橋各自的IGBT單獨對應，CT 路輸出為公共輸出路，與A、B、C三相下橋整體對應。由于四路副邊輸出電路形式是相同的， 因此，僅以UT路輸出為例對其進行說明。在UT路中，變壓器副邊兩端，一端連接整流二極 管Dl的正極，另一端連接-8v電壓的輸出端，整流二極管Dl的負極、電感Ll的一端、第一 電解電容CEl的正極連接在一起，電感Ll的另一端、第一電解電容CE2的正極、+15v電壓的 輸出端連接在一起，第一電容Cl、第二電容C2串聯在一起，兩者相互連接的一端為地，第一 電容Cl的另一端連接+15v電壓的輸出端，第二電容C2的另一端連接-8v電壓的輸出端， 穩壓管D5的負極連接電容C1、C2的連接交點，第一電解電容CEl的負極、第二電解電容CE2 的負極、穩壓管D5的正極都連接在-8v電壓的輸出端。變壓器副邊輸出的電壓，經過整流二極管Dl的整流，電感Li、第一電解電容CE1、 第二電解CE2的LC濾波電路濾波，最后經穩壓管D5和濾波電容C1、C2的穩壓和濾波，得到 供給A相上橋IGBT管的輸出正負電壓。類似的，在VT路中，包括整流二極管D2、電感L2、電解電容CE3、CE4、穩壓管D6、電 容C3、C4 ；在WT路中，包括整流二極管D3、電感L3、電解電容CE5、CE6、穩壓管D7、電容C5、 C6 ；在CT路中，包括整流二極管D4、電感L4、電解電容CE7、CE8、穩壓管D8、電容C7、C8。三 者的電路連接關系與UT路相同，不再贅述。隔離電路前級，是輸入信號處理，故障處理單元，用來產生IGBT的驅動信號以及 進行故障處理。在圖2的示例中，IGBT驅動信號是PWM輸入信號。PWM輸入信號處理單元 例如可以包括PWM波形輸入整形電路、CPLD邏輯控制器、電源模塊、信號處理模塊、PWM波 形輸出整形及硬件保護電路。工作時，外部給入驅動所需的PWM信號，經波形輸入整形電路和多路信號邏輯控制器的處理后，再經脈沖變壓器輸出到PWM波形輸出整形及保護電路部 分，然后驅動IGBT。此時開通和關斷的驅動電源均由電源模塊供應。當然，輸入信號處理同 樣可以采用其他形式的處理電路。上述驅動器的驅動信號處理，包括A、B、C三相上下橋各自互鎖(A相的上下橋驅動 信號之間互鎖，B相的上下橋驅動信號之間互鎖，C相的上下橋驅動信號之間互鎖)后，增加 死區時間，然后再輸出驅動信號。三相電路的每一相故障檢測結果都反饋到PWM信號輸入 端，任何一路有故障信號反饋輸入，PWM信號的故障處理單元都將關閉A、B、C三路的驅動信 號，達到及時硬件保護的目的。從而避免單體驅動的IGBT驅動器的硬件保護信號只能快速 的關閉一路，其余兩路無法得到及時保護的問題。這種驅動信號處理方式可以減小IGBT等 開關器件的損壞幾率，提高了硬件保護的可靠性。本發明實施例的IGBT驅動器，由于實現了電源模塊的統一，其電路更加簡潔、封 裝更小，整個驅動電路的PCB布局面積也得以減小。多個IGBT同時驅動工作時，電源模塊 的統一性使IGBT的開通關斷電壓穩定性提高，提高了多個IGBT工作時的穩定能力，并且也 提高了故障診斷能力，增強了保護能力，因而也可以減小驅動保護電路的PCB面積。本發明的IGBT驅動器和驅動信號處理方法，適用于一般工業應用場合，例如電機 控制系統，尤其在車輛，例如電動汽車或混合動力車的電機控制系統中，可以得到很好的應 用。以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發 明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫 離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護 范圍。
權利要求
1.一種IGBT驅動器，其特征在于，包括依次連接的IGBT驅動信號輸入電路、驅動信號 隔離電路、多IGBT輸出電路；所述IGBT驅動信號輸入電路產生的IGBT驅動信號，經過所述 驅動信號隔離電路加在所述IGBT輸出電路上，以驅動多IGBT輸出電路中的各個IGBT進行 信號輸出；還包括電源隔離電路，所述電源隔離電路包括與所述各個IGBT單獨對應的隔離 輸出路和與多個IGBT整體對應的公共輸出路。
2.如權利要求1所述的IGBT驅動器，其特征在于，所述多IGBT輸出電路為3相橋式 電路，所述電源隔離電路包括與3相橋式電路的3相上橋單獨對應的3路隔離輸出路和與 3相橋式電路的3相下橋整體對應的1路公共輸出路。
3.如權利要求2所述的IGBT驅動器，其特征在于，所述電源隔離電路中的每一路輸出 路包括變壓器副邊、整流二極管、穩壓管、第一電解電容、第二電解電容、電感、第一電容、第 二電容、正電壓輸出端、負電壓輸出端和地；所述變壓器副邊的一端連接所述整流二極管的 正極，另一端連接所述負電壓輸出端，所述整流二極管的負極、所述電感的一端、所述第一 電解電容的正極連接在一起，所述電感的另一端、所述第二電解電容的正極、所述正電壓輸 出端連接在一起，所述第一電容、第二電容串聯在一起，兩者相互連接的一端接地，所述第 一電容的另一端連接所述正電壓輸出端，所述第二電容的另一端連接所述負電壓輸出端， 所述穩壓管的負極連接所述第一電容、第二電容的連接交點，所述第一電解電容的負極、所 述第二電解電容的負極、所述穩壓管的正極連接在所述負電壓輸出端。
4.如權利要求1所述的IGBT驅動器，其特征在于，所述IGBT驅動信號輸入電路為PWM 信號發生電路。
5.一種如權利要求1-4任一所述的IGBT驅動器的驅動信號處理方法，其特征在于，包括多IGBT輸出電路向所述IGBT驅動信號輸入電路反饋故障檢測結果；所述IGBT驅動信號輸入電路在任一 IGBT反饋有故障信號時，關閉驅動信號，以使多 IGBT輸出電路的全部IGBT停止信號輸出。
6.一種包含如權利要求1-4任一所述的IGBT驅動器的電機控制系統。
7.一種應用如權利要求6所述的電機控制系統的車輛。
8.如權利要求7所述的車輛，其特征在于，所述車輛為電動汽車或混合動力車。
全文摘要
本發明公開了一種IGBT驅動器、信號處理方法、電機控制系統、車輛，所述IGBT驅動器包括依次連接的IGBT驅動信號輸入電路、驅動信號隔離電路、多IGBT輸出電路；所述IGBT驅動信號輸入電路產生的IGBT驅動信號，經過所述驅動信號隔離電路加在所述IGBT輸出電路上，以驅動多IGBT輸出電路中的各個IGBT進行信號輸出；還包括電源隔離電路，所述電源隔離電路包括與所述各個IGBT單獨對應的隔離輸出路和與多個IGBT整體對應的公共輸出路。本發明實現了多IGBT的整體驅動，減少了驅動保護電路的PCB面積。
文檔編號B60L15/00GK102082563SQ20091018854
公開日2011年6月1日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者盧文, 楊廣明 申請人:比亞迪股份有限公司