CN105811903A - 一种全模拟功率放大驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全模拟功率放大驱动电路，包括依次连接的输入级单元、激励级单元及输出级单元，且电流信号从输入级单元输入，经激励级单元由输出级单元输出；输入级单元缓存电路中的电流信号并增加电路的稳定性及降低噪声；激励级单元为输出级提供激励电流及静态偏压；输出级单元放大电流，向IGBT门极提供激励电流并保证IGBT的开通响应速度及电磁兼容特性。本发明提出的电路有效实现高速、大功率运算放大器的功能，采用简洁至上的全模拟电子元器件巧妙搭接而成，大大提高了器件的电源供电电压的利用率,同时可以克服IGBT在高频PWM环境下的电磁骚扰EMC问题；成本低廉，无需软件的支持；方便厚膜电路或者专用芯片的生产。

Description

一种全模拟功率放大驱动电路

技术领域

本发明涉及智能电网功率放大驱动领域，具体涉及一种全模拟功率放大驱动电路。

背景技术

IGBT属于门极控制器件，通过控制栅极可实现IGBT串联电压平衡。英国剑桥大学PatrickPalmer博士提出的有源电压控制(ActiveVoltageControl)通过引入多重闭环反馈，使IGBT开关过程中集射级电压VCE跟随设定的参考电压给定，从而实现IGBT直接串联中的电压平衡。如图1所示，有源电压控制由三个闭环组成。最外环为参考电压给定与IGBT集射级电压比较，产生误差信号控制IGBT。当IGBT端电压高于给定电压时，产生正门极电压信号开通IGBT；当IGBT端电压低于给定电压时，产生负门极电压信号关断IGBT，通过这种闭环控制使得与IGBT集射级电压能快速跟随参考电压给定，此闭环为有源电压控制核心部分。中间闭环为门极电压反馈，作用是提高驱动电路的动态特性。由于外环的输出信号需经过缓冲电路、功率放大电路及门极电阻才能到达IGBT栅极，因此V_GE必然会与外环输出信号产生偏差，将降低有源电压控制的均压效果，而通过引入V_GE闭环反馈将提高有源电压控制的均压效果。最内环为闭环反馈，通过RC电路反馈IGBT开关时的当过大时，RC电路将向IGBT栅极注入电流，这与前面所提的有源缓冲相同，此闭环能够防止IGBT开关过程中dv/dt过大损坏IGBT，同时提高IGBT动态均压性。

有源电压控制通过闭环使得IGBT集射级电压跟随参考给定电压，因此参考电压的设定显得十分重要。参考给定电压如图2所示，主要分为以下几个阶段：

t₁-t₂：预关断阶段。当IGBT内部杂散参数不同时，IGBT关断延迟时间将会产生差异，这对IGBT串联电压平衡化影响加大，因此预关断阶段作用是让所有IGBT的端电压先升高到较低的电压值，将关断延迟产生的差异性控制在一个较小的范围，同时让所有的IGBT均进入有源区，易于下一步的关断过程控制。

t₂-t₃：主关断阶段。IGBT关断时由IGBT杂散参数和门极电压共同决定，这一阶段主要是不断调整门极电压信号，弥补IGBT自身特性差异，让IGBT关断时跟随参考波形的但是由于IGBT自身特性，但参考波形过大时，IGBT将不能快速的跟随参考波形。

t₃-t₄：断态钳位阶段。这一阶段IGBT将处于断态状态。参考电压钳位值应略高于IGBT端电压反馈值，防止IGBT关断时误导通。当IGBT电压超过钳位值时，IGBT将会导通，端电压则降到钳位值之下。

t₄-t₅：预开通阶段。和预关断相似，当IGBT内部杂散参数不同时，IGBT开通延迟时间将会产生差异，这对IGBT串联电压平衡化影响加大，因此预开通阶段作用是让所有IGBT的端电压先变化较小值，将关断延迟产生的差异性控制在一个较小的范围，同时让所有的IGBT均进入有源区，易于下一步的开通过程控制。

t₅-t₆：主开通阶段。开通过程与关断过程相似，，IGBT开通时dv/dt由IGBT杂散参数和门极电压共同决定，这一阶段主要是不断调整门极电压信号，弥补IGBT自身特性差异，让IGBT开通时dv/dt跟随参考波形的但是由于IGBT自身特性，但参考波形过大时，IGBT将不能快速的跟随参考波形。

通过以上分析可知，要想使IGBT的源漏极电压Vce跟随参考电压V_REF变化而变化，就要快速改变IGBT的门极电压，而快速改变IGBT门极电压则需要大功率快速可调运算放大器，同时还需要自动控制闭环调节电路，并作为功率驱动器的推动前级电路。

而目前，尚未有能够满足上述要求的功率放大驱动电路，因此，如何设计一种全模拟功率放大驱动电路是本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种全模拟功率放大驱动电路，有效实现高速、大功率运算放大器的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种全模拟功率放大驱动电路，所述电路为适用于压接型IGBT串联主动均压的全模拟功率放大驱动电路，所述全模拟功率放大驱动电路的电源为正负对称的两组供电电源，所述全模拟功率放大驱动电路内部部件到负载IGBT门极的连接方式均采用直接耦合方式，且所述内部部件均为模拟器件；

所述全模拟功率放大驱动电路包括依次连接的输入级单元、激励级单元及输出级单元，且电流信号从输入级单元输入，经所述激励级单元由所述输出级单元输出；

所述输入级单元用于缓存所述电路中的电流信号，并增加所述电路的稳定性及降低噪声；

所述激励级单元用于为所述输出级提供激励电流及静态偏压；

所述输出级单元用于放大电流，向IGBT门极提供激励电流并保证IGBT的开通响应速度及电磁兼容特性。

优选的，所述输入级单元采用高速运放的方式构建自动控制电路；

所述自动控制电路根据IGBT源漏极电压Vce及参考电压Vref，并自动控制和输出IGBT栅极电压信号，经过激励级和功率放大级输出可调节的IGBT栅极电压，使IGBT源漏极电压Vce跟随参考电压的变化而变化；

所述输入级单元的输入采用PWM数字信号，所述PWM数字信号的状态为0或1。

优选的，所述自动控制电路为差分对管放大电路，且所述差分对管放大电路通常引入负反馈，增加所述输入级单元的稳定性并降低噪声；

所述差分对管放大电路包括2个特性相同的放大电路，2个对管采用参数相同的功率管，且所述功率管工作在甲类状态。

优选的，所述差分对管放大电路包括电容C1、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R11、电阻R12、NPN型BJTQ1及NPN型BJTQ2；

所述电容C1和电阻R1串联接地，且所述电容C1与电阻R1的连接点连接至所述NPN型BJTQ1的基极；

所述NPN型BJTQ1的集电极通过所述电阻R2连接至+15V电压；

所述NPN型BJTQ1与所述NPN型BJTQ2构成差分放大电路，且所述NPN型BJTQ1与所述NPN型BJTQ2的发射极相连，所述NPN型BJTQ1与所述NPN型BJTQ2的连接点经过R3连接到-15V电压；

所述NPN型BJTQ2的基极经过电阻R11与***输出点OUT连接，并依次连接所述电阻R12、电容C4及GND；

所述电流信号经所述电容C1输入所述输入级单元。

优选的，所述激励级单元采用恒流源负载，并采用功率管，且所述功率管工作在甲类状态；

激励级单元为所述输出级单元提供稳定的偏置电压。

优选的，所述激励级单元包括电阻R2、电阻R5、PNP型BJTQ3、二极管D1；

所述电阻R2与PNP型BJTQ3的基极相连，且所述PNP型BJTQ3的发射极连接所述+15V电压；

所述PNP型BJTQ3的集电极依次经过所述电阻R4、所述二极管D1、所述电阻R5连接到所述-15V电压；且所述PNP型BJTQ3的基极与集电极通过电容C2连接；

激励级输入信号由电阻R2输入所述激励级单元。

优选的，所述输出级单元采用半导体三极管复合连接的方式，且所述输出级单元采用甲乙类工作状态。

优选的，所述输出级单元包括电容C3、电容C5、电容C6、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、NPN型BJTQ4、NPN型BJTQ5、NPN型BJTQ6及NPN型BJTQ7；

PNP型BJTQ3与电阻R5的连接点为所述输出级单元中的第一路输入；

所述第一路输入与NPN型BJTQ4的基极相连；PNP型BJTQ4的集电极与所述+15V电压相连，PNP型BJTQ4的发射极与电阻R6、电阻R7及PNP型BJTQ5的发射极依次串联，且PNP型BJTQ4发射极与所述NPN型BJTQ6的基极连接；

所述PNP型BJTQ6的集电极与所述+15V电压相连，且PNP型BJTQ6的发射极经过电阻R9与NPN型BJTQ7的集电极相连；

二极管D1与电阻R5的连接点为所述输出级单元中的第二路输入；

所述第二路输入与PNP型BJTQ5的基极连接，且PNP型BJTQ5的集电极与基极通过电容C3相连；

PNP型BJTQ5的集电极经过电阻R8与所述-15V电压连接，且PNP型BJTQ5的集电极连接至PNP型BJTQ7的基极；

所述PNP型BJTQ7的发射极经过电阻R10连接到所述-15V电压；

电阻R6与电阻R7串联，且电阻R6与电阻R7的连接点与PNP型BJTQ7的集电极相连；

PNP型BJTQ7的集电极为所述全模拟功率放大驱动电路的输出OUT；所述输出OUT通过所述电阻R11与Q2的基极相连；

所述+15V电压用电容C5接地；

所述-15V电压用电容C6接地。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种全模拟功率放大驱动电路，包括依次连接的输入级单元、激励级单元及输出级单元，且电流信号从输入级单元输入，经激励级单元由输出级单元输出；输入级单元缓存电路中的电流信号并增加电路的稳定性及降低噪声；激励级单元为输出级提供激励电流及静态偏压；输出级单元放大电流，向IGBT门极提供激励电流并保证IGBT的开通响应速度及电磁兼容特性。本发明提出的电路有效实现高速、大功率运算放大器的功能，采用简洁至上的全模拟电子元器件巧妙搭接而成，大大提高了器件的电源供电电压的利用率,同时可以克服IGBT在高频PWM环境下的电磁骚扰EMC问题；成本低廉，无需软件的支持；方便厚膜电路或者专用芯片的生产。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，功率驱动电路作为IGBT串联主动均压驱动保护电路的重要的组成部分之一，采用简洁至上的全模拟电子元器件巧妙搭接而成，由于采用了高速SiC电流驱动型三极管与小功率高速互补三极管构成推挽功率放大器电路，大大提高了器件的电源供电电压的利用率,同时可以克服IGBT在高频PWM环境下的电磁骚扰EMC问题。

2、本发明所提供的技术方案，由高速运算放大器和参考电压一起构成高速自动调节***，并作为功率驱动器的前级推动电路，成本低廉，无需软件的支持。

3、本发明所提供的技术方案，采用全模拟电路实现的全模拟功率驱动器电路采用常规电子元器件，方便厚膜电路或者专用芯片的生产。

4、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是背景技术中的有源电压控制原理图；

图2是背景技术中的参考电压波形图；

图3是本发明的一种全模拟功率放大驱动电路的原理示意图；

图4是本发明的一种全模拟功率放大驱动电路的连接示意图。

图5是本发明的电路的具体应用例的的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明提供一种全模拟功率放大驱动电路，电路为适用于压接型IGBT串联主动均压的全模拟功率放大驱动电路，全模拟功率放大驱动电路的电源为正负对称的两组供电电源，全模拟功率放大驱动电路内部部件到负载IGBT门极的连接方式均采用直接耦合方式，且内部部件均为模拟器件；

全模拟功率放大驱动电路包括依次连接的输入级单元、激励级单元及输出级单元，且电流信号从输入级单元输入，经激励级单元由输出级单元输出；

输入级单元用于缓存电路中的电流信号，并增加电路的稳定性及降低噪声；

激励级单元用于为输出级提供激励电流及静态偏压；

输出级单元用于放大电流，向IGBT门极提供激励电流并保证IGBT的开通响应速度及电磁兼容特性。

其中，输入级单元采用高速运放的方式构建自动控制电路；

自动控制电路根据IGBT源漏极电压Vce及参考电压Vref，并自动控制和输出IGBT栅极电压信号，经过激励级单元输出可调节的IGBT栅极电压，使IGBT源漏极电压Vce跟随参考电压的变化而变化；

输入级单元的输入采用PWM数字信号，PWM数字信号的状态为0或1。

其中，自动控制电路为差分对管放大电路，且差分对管放大电路通常引入负反馈，增加输入级单元的稳定性并降低噪声；

差分对管放大电路包括2个特性相同的放大电路，2个对管采用参数相同的功率管，本发明中的功率管均为小功率管,且小功率管工作在甲类状态。

如图4所示，差分对管放大电路包括电容C1、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R11、电阻R12、NPN型BJTQ1及NPN型BJTQ2；

电容C1和电阻R1串联接地，且电容C1与电阻R1的连接点连接至NPN型BJTQ1的基极；

NPN型BJTQ1的集电极通过电阻R2连接至+15V电压；

NPN型BJTQ1与NPN型BJTQ2构成差分放大电路，且NPN型BJTQ1与NPN型BJTQ2的发射极相连，NPN型BJTQ1与NPN型BJTQ2的连接点经过R3连接到-15V电压；

NPN型BJTQ2的基极经过电阻R11与***输出点OUT连接，并依次连接电阻R12、电容C4及GND；

电流信号经电容C1输入所述输入级单元。

其中，激励级单元采用恒流源负载，并采用小功率管，且小功率管工作在甲类状态；

激励级单元为输出级单元提供稳定的偏置电压。

其中，激励级单元包括电阻R2、电阻R5、PNP型BJTQ3、二极管D1；

电阻R2与PNP型BJTQ3的基极相连，且PNP型BJTQ3的发射极连接+15V电压；

PNP型BJTQ3的集电极依次经过电阻R4、二极管D1、电阻R5连接到-15V电压；且PNP型BJTQ3的基极与集电极通过电容C2连接；

激励级输入信号由电阻R2输入激励级单元。

其中，输出级单元采用半导体三极管复合连接的方式，且输出级单元采用甲乙类工作状态。

其中，输出级单元包括电容C3、电容C5、电容C6、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、NPN型BJTQ4、NPN型BJTQ5、NPN型BJTQ6及NPN型BJTQ7；

PNP型BJTQ3与电阻R5的连接点为输出级单元中的第一路输入；

第一路输入与NPN型BJTQ4的基极相连；PNP型BJTQ4的集电极与+15V电压相连，PNP型BJTQ4的发射极与电阻R6、电阻R7及PNP型BJTQ5的发射极依次串联，且PNP型BJTQ4发射极与NPN型BJTQ6的基极连接；

PNP型BJTQ6的集电极与+15V电压相连，且PNP型BJTQ6的发射极经过电阻R9与NPN型BJTQ7的集电极相连；

二极管D1与电阻R5的连接点为输出级单元中的第二路输入；

第二路输入与PNP型BJTQ5的基极连接，且PNP型BJTQ5的集电极与基极通过电容C3相连；

PNP型BJTQ5的集电极经过电阻R8与-15V电压连接，且PNP型BJTQ5的集电极连接至PNP型BJTQ7的基极；

PNP型BJTQ7的发射极经过电阻R10连接到-15V电压；

电阻R6与电阻R7串联，且电阻R6与电阻R7的连接点与PNP型BJTQ7的集电极相连；

PNP型BJTQ7的集电极为全模拟功率放大驱动电路的输出OUT；输出OUT通过电阻R11与Q2的基极相连；

+15V电压用电容C5接地；

-15V电压用电容C6接地。

如图5所示，本发明提供一种全模拟功率放大驱动电路的具体应用例，如下：

在IGBT串联应用模式下，为了实现串联IGBT的开通于关断暂态过程中的主动均压控制策略，必须通过控制IGBT的门极电压来间接的控制IGBT的开通与关断的源漏极电压的一致性。其理论基础如方程组(1)：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_c}{dt}\≈\frac{v_{dr}-v_{ge}}{\frac{C_{\mathrm{\π}}{R}_g}{g_m}+L_{e1}}\\ \frac{{\mathrm{dv}}_{ce}}{dt}\≈\frac{1}{C_{\mathrm{\μ}}}\frac{v_{dr}-v_{ge}}{R_g}\end{array}\right.---\left(1\right)$

方程组(1)式中：i_c为IGBT电流，v_ge为IGBT栅极电压，v_dr为IGBT漏极电压，C_π为IGBT输入寄生电容，g_m为IGBT跨导，L_e1为IGBT源极漏感，v_ce为IGBT电压，C_μ为IGBT栅漏电容，R_g为IGBT栅极电阻。

由方程组(1)可以看出，只要对门极电压的有效合理控制，IGBT串联应用中的电压平衡化是可以实现的，根据方程组(1)与图2所示的IGBT开通与关断的参考电压曲线可知，串联IGBT主动均压控制策略的核心技术之一是如何快速、可调与大电流的驱动IGBT的门极控制技术。

全模拟功率放大电路采用正、负对称的两组电源供电，电路内部直到负载IGBT门极全部采用直接耦合，且电路全部采用模拟器件。其好处是通频带宽，信号失真最低。

功率放大电路分为输入级、激励级、功率输出级三级，此外还有为稳定电路工作而设置的负反馈网络和各种补偿电路。主要包括以下组成部分：

组成部分1：输入级

输入级主要起缓冲作用。输入级多采用差分对管放大电路，通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。差分放大器由，两个特性相同的放大电路组成，其左、右两管的参数几乎完全相同。这种电路具有很高的稳定性，能抑制“零点漂移”，保证输出级中点电压的稳定。输入级采用小功率管，工作在甲类状态，静态电流较小。

组成部分1结构要点如下：

要点1-1：输入级采用高速运放构建自动控制回路实现IGBT的源漏极电压V_CE电压能够通过对IGBT门极的功率驱动实现和参考电压波形的自动跟踪。

要点1-2：前级电路增加由高速运算放大器构成的自动控制电路。其主要功能是根据IGBT源漏极电压Vce、参考电压Vref，进行自动控制并输出IGBT栅极电压信号，经过激励级和功率放大级输出可调节的IGBT栅极电压，使IGBT源漏极电压Vce跟随参考电压的变化而变化。

要点1-3：用六枚运算放大器结合IGBT源漏级电压Vce、参考电压Vref共同组建自动控制电路，其输出信号电压直接馈如到激励级。(具体结构如图4)

要点1-4：前级电压放大电路的输入采用PWM数字信号，它只有两个状态“0”和“1”。在运放模拟自动控制电路中，PWM数字信号的作用是开放自动控制电路功能和闭锁自动控制电路功能，最终实现IGBT栅极电压的可调节与-15V两种工作状态。

组成部分2：激励级

激励级的作用是给功率输出级提供足够的激励电流及稳定的静态偏压，整个功率放大器的增益主要由这一级提供。

组成部分2具体包括以下结构要点：

要点2-1：激励级常采用恒流源负载，不仅能得到较高的电源抑制特性，而且具有工作状态稳定、线性好、失真度低等优点。

要点2-2：激励级也是用小功率管，工作在甲类状态。

要点2-3：此外，激励级还要为后一级(功率输出级)提供稳定的偏置电压。功率输出级的偏置电路与激励管集电极负载串联在一起。激励管的集电极负载依此包含负载电阻1、二极管、负载电阻2。负载电阻1、负载电阻2分别与下级两晶体管的基极连接。激励管集电极电流流过负载电阻1、负载电阻2时，在其两端分别产生一定的电压降，为下级两晶体管提供偏置电压。这时与此晶体管复合连接的另外两支晶体管也获得了偏置电压而进入线性放大状态。(具体结构如图4)

组成部分3：功率输出级(简称输出级)

输出级主要起电流放大作用，以向IGBT门极提供足够的激励电流，同时也要保证IGBT的开通响应速度以及电磁兼容特性。

组成部分3具体包括以下要点：

要点3-1：功率放大器的前级均为电压放大级，输出的电流都不大。

要点3-2：为了用较小的电流驱动功率输出管，以得到足够的输出功率，功率输出级均采用半导体三极管复合连接的方式，即采用复合管。复合管是由两个或两个以上的三极管按一定的方式连接起来组成的一种功率管。输出级复合管中的大功率三极管称为功率管(也叫功放管或输出管)，与之复合的另一个小功率三极管称为推动管，推动管、功放管分别构成了推动级、末级电路。

要点3-3：本电路采用两个功放管采用的是同极性的SiC晶体管三极管，即两个管均为NPN型管，需分别与两个不同极性的小功率三极管组成复合管配对使用，这样的互补输出电路为“准互补”推挽放大电路。

要点3-4：为了降低功率损耗，功率输出级采用甲乙类工作状态，在功率放大电路中，输出管静态电流多数设计在几十毫安。

1.输入级：

输入级采用高速运放构建自动控制回路实现IGBT的源漏极电压V_CE电压能够通过对IGBT门极的功率驱动实现和参考电压波形的自动跟踪。前级电路增加由高速运算放大器构成的自动控制电路。其主要功能是根据IGBT源漏极电压Vce、参考电压Vref，进行自动控制并输出IGBT栅极电压信号，经过激励级和功率放大级输出可调节的IGBT栅极电压，使IGBT源漏极电压Vce跟随参考电压的变化而变化。输入级用六枚运算放大器结合IGBT源漏级电压Vce、参考电压Vref共同组建自动控制电路，其输出信号电压直接馈如到激励级。前级电压放大电路的输入采用PWM数字信号，它只有两个状态“0”和“1”。在运放模拟自动控制电路中，PWM数字信号的作用是开放自动控制电路功能和闭锁自动控制电路功能，最终实现IGBT栅极电压的可调节与-15V两种工作状态。

输入级具体连接情况如下：参考电压VREF和GND分别经过电阻R45，R46接入运放D49的-，+输入端。D49的-输入端同时也通过电阻R47和R59的串联连接运放D50的+输入端，PWM也通过电阻R58连接D50的+输入端。D50的-输入端通过电阻R48接地，同时也通过电阻R41连接到D50的输出端。D50的输出端通过电阻R66进入运放D56的-输入端。而D56的+输入端则与地到SGND之间通过R68、R69、R70串联而成的分压电路中R68与R69的连接点相连，且R68与R69两端通过稳压器D55稳压。D56的-输入端同时也通过电阻R67与D56的输出端相连。D56的输出端经过电阻R71连接运放D57的-输入端。D57的+输入端连接V+与地之间R73和R74串联构成的分压电路中R73与R74的连接点。

D57的-输入端同时也通过电阻R72与D57的输出端相连。D57的输出端通过电阻R77进入运放D58的-输入端。而D58的+输入端则通过电阻R78与地相连。D58的-输入端同时也通过电阻R110与PNP型BJTQ6基极相连。Q6集电极通过电阻R88与V+相连。Q6的集电极通过电阻R89和R92串联与Q7集电极相连。Q7的基极通过电阻R94与地相连，同时Q7基极通过二极管V11，V12和电阻R93与Q7发射极相连。

Vce分别经过R62和R63与运放D53的+输入端和运放D54的-输入端相连。D53的-输入端通过电阻R60连接到地，同时经过电阻R61与D53的输出端相连。D54的+输入端通过电阻R64连接到地，-输入端同时经过电阻R65与D54的输出端相连。D53与D54的输出端分别经过电阻R75和R76与SGND相连。

上述所有运放的正、负电源都分别连接到V+和V-，且V+和V-都通过电容与地相连。

2.激励级：

激励级常采用恒流源负载，不仅能得到较高的电源抑制特性，而且具有工作状态稳定、线性好、失真度低等优点。激励级也是用小功率管，工作在甲类状态。此外，激励级还要为后一级(功率输出级)提供稳定的偏置电压。功率输出级的偏置电路与激励管集电极负载串联在一起。激励管的集电极负载依此包含负载电阻1、二极管、负载电阻2。负载电阻1、负载电阻2分别与下级两晶体管的基极连接。激励管集电极电流流过负载电阻1、负载电阻2时，在其两端分别产生一定的电压降，为下级两晶体管提供偏置电压。这时与此晶体管复合连接的另外两支晶体管也获得了偏置电压而进入线性放大状态。

激励级输入从R89和R92连接处取得，并与NPN型BJTQ5基极相连。

3.功率输出级

功率放大器的前级均为电压放大级，输出的电流都不大。为了用较小的电流驱动功率输出管，以得到足够的输出功率，功率输出级均采用半导体三极管复合连接的方式，即采用复合管。复合管是由两个或两个以上的三极管按一定的方式连接起来组成的一种功率管。输出级复合管中的大功率三极管称为功率管(也叫功放管或输出管)，与之复合的另一个小功率三极管称为推动管，推动管、功放管分别构成了推动级、末级电路。本电路采用两个功放管采用的是同极性的SiC晶体管三极管，即两个管均为NPN型管，需分别与两个不同极性的小功率三极管组成复合管配对使用，这样的互补输出电路为“准互补”推挽放大电路。为了降低功率损耗，功率输出级采用甲乙类工作状态，在功率放大电路中，输出管静态电流多数设计在几十毫安。

3.功率输出级具体连接情况如下：

Q5的集电极和发射极分别与NPN型BJTQ3和PNP型BJTQ4的基极相连，且中间通过电容C48相连。Q3基极与集电极相连，且集电极与V+相连。Q3的发射极通过电阻R95和R2的串联与Q4发射极相连。Q4的基极与集电极通过电容C50相连，且Q4的集电极通过电阻R3连接V-。SiCBJTQ1基极与SiCBJTQ2基极分别与Q3和Q4的发射极相连。Q1的集电极与V+相连，且Q1的发射极通过电阻R5与SiCBJTQ2的集电极相连。Q2的发射极经过电阻R6连接V-。R95和R2的连接点与Q2集电极相连，经过反并联的二极管和电阻R96-V17，R105-V18连到IGBT门极，且门极经过TVS管V20，电阻R90，电容C70的并联接SGND。

上述V+，V-都通过电容与SGND相连。

基于IGBT串联主动均压控制的全模拟功率驱动器电路实现方法所涉及的具有可实现价值的电子元器件如表1所示。这里不涉及特殊要求的电子元器件，全部都是常规电子元器件。

表1电子元器件参数

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全模拟功率放大驱动电路，所述电路为适用于压接型IGBT串联主动均压的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述全模拟功率放大驱动电路的电源为正负对称的两组供电电源，所述全模拟功率放大驱动电路内部部件到负载IGBT门极的连接方式均采用直接耦合方式，且所述内部部件均为模拟器件；

所述全模拟功率放大驱动电路包括依次连接的输入级单元、激励级单元及输出级单元，且电流信号从输入级单元输入，经所述激励级单元由所述输出级单元输出；

所述输入级单元用于缓存所述电路中的电流信号，并增加所述电路的稳定性及降低噪声；

所述激励级单元用于为所述输出级提供激励电流及静态偏压；

所述输出级单元用于放大电流，向IGBT门极提供激励电流并保证IGBT的开通响应速度及电磁兼容特性。

2.如权利要求1所述的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述输入级单元采用高速运放的方式构建自动控制电路；

所述自动控制电路根据IGBT源漏极电压Vce及参考电压Vref，并自动控制和输出IGBT栅极电压信号，经过激励级单元输出可调节的IGBT栅极电压，使IGBT源漏极电压Vce跟随参考电压的变化而变化；

所述输入级单元的输入采用PWM数字信号，所述PWM数字信号的状态为0或1。

3.如权利要求2所述的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述自动控制电路为差分对管放大电路，且所述差分对管放大电路通常引入负反馈，增加所述输入级单元的稳定性并降低噪声；

所述差分对管放大电路包括2个特性相同的放大电路，2个对管采用参数相同的功率管，且所述功率管工作在甲类状态。

4.如权利要求3所述的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述差分对管放大电路包括电容C1、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R11、电阻R12、NPN型BJTQ1及NPN型BJTQ2；

所述电容C1和电阻R1串联接地，且所述电容C1与电阻R1的连接点连接至所述NPN型BJTQ1的基极；

所述NPN型BJTQ1的集电极通过所述电阻R2连接至+15V电压；

所述NPN型BJTQ1与所述NPN型BJTQ2构成差分放大电路，且所述NPN型BJTQ1与所述NPN型BJTQ2的发射极相连，所述NPN型BJTQ1与所述NPN型BJTQ2的连接点经过R3连接到-15V电压；

所述NPN型BJTQ2的基极经过电阻R11与***输出点OUT连接，并依次连接所述电阻R12、电容C4及GND；

所述电流信号经所述电容C1输入所述输入级单元。

5.如权利要求4所述的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述激励级单元采用恒流源负载，并采用功率管，且所述功率管工作在甲类状态；

激励级单元为所述输出级单元提供稳定的偏置电压。

6.如权利要求5所述的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述激励级单元包括电阻R2、电阻R5、PNP型BJTQ3、二极管D1；

所述电阻R2与PNP型BJTQ3的基极相连，且所述PNP型BJTQ3的发射极连接所述+15V电压；

所述PNP型BJTQ3的集电极依次经过所述电阻R4、所述二极管D1、所述电阻R5连接到所述-15V电压；且所述PNP型BJTQ3的基极与集电极通过电容C2连接；

激励级输入信号由电阻R2输入所述激励级单元。

7.如权利要求6所述的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述输出级单元采用半导体三极管复合连接的方式，且所述输出级单元采用甲乙类工作状态。

8.如权利要求7所述的全模拟功率放大驱动电路，其特征在于，所述输出级单元包括电容C3、电容C5、电容C6、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、NPN型BJTQ4、NPN型BJTQ5、NPN型BJTQ6及NPN型BJTQ7；

PNP型BJTQ3与电阻R5的连接点为所述输出级单元中的第一路输入；

所述第一路输入与NPN型BJTQ4的基极相连；PNP型BJTQ4的集电极与所述+15V电压相连，PNP型BJTQ4的发射极与电阻R6、电阻R7及PNP型BJTQ5的发射极依次串联，且PNP型BJTQ4发射极与所述NPN型BJTQ6的基极连接；

所述PNP型BJTQ6的集电极与所述+15V电压相连，且PNP型BJTQ6的发射极经过电阻R9与NPN型BJTQ7的集电极相连；

二极管D1与电阻R5的连接点为所述输出级单元中的第二路输入；

所述第二路输入与PNP型BJTQ5的基极连接，且PNP型BJTQ5的集电极与基极通过电容C3相连；

PNP型BJTQ5的集电极经过电阻R8与所述-15V电压连接，且PNP型BJTQ5的集电极连接至PNP型BJTQ7的基极；

所述PNP型BJTQ7的发射极经过电阻R10连接到所述-15V电压；

电阻R6与电阻R7串联，且电阻R6与电阻R7的连接点与PNP型BJTQ7的集电极相连；

PNP型BJTQ7的集电极为所述全模拟功率放大驱动电路的输出OUT；所述输出OUT通过所述电阻R11与Q2的基极相连；

所述+15V电压用电容C5接地；

所述-15V电压用电容C6接地。