CN113114028A - 一种igbt并联模块的驱动电路、驱动方法以及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT并联模块的驱动电路、驱动方法以及电动汽车，IGBT并联模块包括至少两个并联连接的IGBT模块，每个IGBT模块包括至少一个IGBT，包括：控制模块、至少两个驱动模块、检测模块和计算模块；控制模块用于提供控制信号至各驱动模块，控制各驱动模块一一对应地向各IGBT模块的IGBT的栅极提供驱动信号；检测模块用于获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压；计算模块用于根据各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，计算各栅射极电压之间的延迟补偿量；控制模块还用于根据延迟补偿量，修正提供至各驱动模块的控制信号，以控制各驱动模块一一对应地向各IGBT模块的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号。本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路实现了IGBT并联模块的动态均流。

Description

一种IGBT并联模块的驱动电路、驱动方法以及电动汽车

技术领域

本发明实施例涉及大功率IGBT模块并联使用时驱动技术领域，尤其涉及一种IGBT并联模块的驱动电路、驱动方法以及电动汽车。

背景技术

随着电动汽车发展，电驱***的功率等级也随之提升，市场上出现了很多200kW以上的乘用车电驱***，目前能够满足高功率等级应用的功率模块产品较少，高功率电驱***大多采用六相或多相电机、功率模块并联等方案来实现。其中，功率模块并联的方案是指将多个功率模块并联以提高驱动功率，满足对当前市场大功率乘用车电驱***的需求。但是由于每个功率模块的电压无法完全一致，输出的阻抗特性也会有所区别，简单的将功率模块并联在一起，并不能保证各功率模块的输出电流完全一致，很可能会出现有的模块正常工作，而有的模块确是全负荷工作或超负荷工作，从而影响整体的使用寿命。因此需要实现均流使各功率模块的输出电流一致，让所有功率模块均分负载。

功率模块并联产生的均流问题一般与功率器件本身特性有关，通常称为稳态均流，例如与功率器件的饱和电压、驱动电压和负载阻抗等有关，一般通过半导体制造商进行筛选以保持良好的一致性实现功率器件本身特性产生的稳态均流问题。但是，通过筛选以保持功率器件良好的一致性不仅费时费力，而且大量的器件会产生较高的费用，造成资源浪费。

发明内容

本发明提供一种IGBT并联模块的驱动电路、驱动方法以及电动汽车，以实现IGBT并联模块的动态均流。

第一方面，本发明实施例提供了一种IGBT并联模块的驱动电路，所述IGBT并联模块包括至少两个并联连接的IGBT模块，每个所述IGBT模块包括至少一个IGBT，所述IGBT并联模块的驱动电路包括：控制模块、至少两个驱动模块、检测模块和计算模块；

所述控制模块用于提供控制信号至各所述驱动模块，控制各所述驱动模块一一对应地向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供驱动信号；

所述检测模块用于获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号；

所述计算模块用于根据各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号，计算各所述栅射极电压信号之间的延迟补偿量；

所述控制模块还用于根据所述延迟补偿量，修正提供至各所述驱动模块的控制信号，以控制各所述驱动模块一一对应地向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号。

可选的，所述控制模块提供的所述控制信号为单脉冲信号；

所述控制模块具体用于根据所述延迟补偿量，修正提供至各所述驱动模块的单脉冲信号的脉宽和/或幅值，以控制各所述驱动模块一一对应地向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号；

或者，所述驱动模块包括信号放大单元和信号修正单元；

所述信号修正单元用于根据所述控制信号，修正向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供的驱动信号的幅值；

所述信号放大单元用于对幅值修正后的所述驱动信号进行增益调节，并输出PWM信号至所述IGBT并联模块。

可选的，所述检测模块包括与各所述IGBT模块一一对应的多个测试探针；

所述测试探针与各所述IGBT模块中的IGBT的栅极接触。

可选的，所述IGBT并联模块的驱动电路还包括：存储模块；

所述存储模块用于存储所述延迟补偿量。

可选的，所述计算模块包括比较单元和判断单元；

所述比较单元用于比较各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号，并输出各所述栅射极电压信号之间的延迟补偿量；

所述判断单元用于判断所述延迟补偿量是否在预设范围内，并在所述延迟补偿量在所述预设范围内时，将所述延迟补偿量存储于所述存储模块中，并停止接收所述检测模块获取的各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号。

可选的，所述延迟补偿量包括所述驱动信号的时间延迟量和幅值补偿量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电动汽车，包括：IGBT并联模块和上述的IGBT并联模块的驱动电路。

第三方面，本发明实施例还提供了一种IGBT并联模块的驱动方法，用于驱动所述IGBT并联模块，所述IGBT并联模块包括至少两个并联连接的IGBT模块，每个所述IGBT模块包括至少一个IGBT，其特征在于，包括：

在向各所述IGBT并联模块的IGBT提供驱动信号时，获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号；

根据各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号，计算各所述栅射极电压信号之间的延迟补偿量；

根据所述延迟补偿量，修正提供至各所述IGBT并联模块的IGBT的栅极驱动信号；

重复执行所述获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号的步骤，直至所述延迟补偿量在预设范围内。

可选的，所述IGBT并联模块的驱动方法还包括：

在所述延迟补偿量在所述预设范围内时，记录并存储所述延迟补偿量。

可选的，所述IGBT并联模块的驱动方法，还包括：

若重复执行所述获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号的步骤的次数大于预设次数，则结束获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号。

本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路，通过设置控制模块、驱动模块、检测模块和计算模块构成了反馈***，首次驱动后通过检测模块获取各IGBT模块的栅射极电压，通过计算模块根据各IGBT模块的栅射极电压计算各IGBT模块之间的延迟补偿量，通过控制模块对控制信号进行修正，再次将修正后的控制信号提供至驱动模块，再次驱动各IGBT模块。本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路通过对各个并联的IGBT模块进行延迟补偿提高了IGBT并联模块的动态均流性能，与器件筛选、特殊均流电路相比，成本更低，在特殊情况各IGBT模块无法进行对称化设计时，仍能起到改善动态均流的作用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种IGBT并联模块的驱动电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种IGBT并联模块的驱动电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的首次驱动IGBT并联模块的驱动信号示意图；

图4是本发明实施例提供的脉宽调制后的驱动信号示意图；

图5是本发明实施例提供的一种IGBT并联模块的驱动方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种IGBT并联模块的驱动电路的结构示意图，如图1所示，IGBT并联模块100包括至少两个并联连接的IGBT模块110，每个IGBT模块包括至少一个IGBT，IGBT并联模块的驱动电路包括：控制模块200、至少两个驱动模块300、检测模块400和计算模块500；控制模块200用于提供控制信号至各驱动模块300，控制各驱动模块300一一对应地向各IGBT模块110的IGBT的栅极提供驱动信号；检测模块400用于获取各IGBT模块110的IGBT的栅射极电压信号；计算模块500用于根据各IGBT模块110的IGBT的栅射极电压信号，计算各栅射极电压信号之间的延迟补偿量；控制模块200还用于根据延迟补偿量，修正提供至各驱动模块300的控制信号，以控制各驱动模块300一一对应地向各IGBT模块110的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号。

具体的，通常将多个IGBT模块110并联以提高功率输出，为了使各IGBT模块110输出电流一致，本发明实施例提供了一种IGBT并联模块的驱动电路实现均流功能。首先采用控制模块200向各驱动模块300提供相同的控制信号，各驱动模块300分别与各IGBT模块110一一对应连接，因此各驱动模块300根据控制信号向与其电连接的IGBT模块110提供驱动信号，如图1所示，各驱动信号提供至各IGBT模块110中IGBT的栅极，则对应的IGBT导通，再采用检测模块400获取各IGBT模块110的IGBT的栅射极电压信号，并将采集的栅射极电压信号传输至计算单元500，计算单元500根据栅射极电压信号计算各IGBT模块110之间的延迟补偿量，其中延迟补偿量包括驱动信号的时间延迟量和幅值补偿量，计算模块500可根据各IGBT栅射极电压达到导通阈值电压的时间差异和各IGBT导通阈值的幅值差异计算延迟补偿量；控制模块200与计算模块500电连接，获取延迟补偿量并根据延迟补偿量修正提供至各驱动模块300的控制信号，再控制各驱动模块300一一对应地向各IGBT模块110的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号。其中计算模块500为数据处理能力的芯片或设备等，包括但不限于FPGA、单片机或上位机等。

本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路，通过设置控制模块、驱动模块、检测模块和计算模块构成了反馈***，首次驱动后通过检测模块获取各IGBT模块的栅射极电压，通过计算模块根据各IGBT模块的栅射极电压计算各IGBT模块之间的延迟补偿量，通过控制模块对控制信号进行修正，再次将修正后的控制信号提供至驱动模块，再次驱动各IGBT模块。本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路通过对各个并联的IGBT模块进行延迟补偿提高了IGBT并联模块的动态均流性能，与器件筛选、特殊均流电路相比，成本更低，在特殊情况各IGBT模块无法进行对称化设计时，仍能起到改善动态均流的作用。

可选的，图2是本发明实施例提供的另一种IGBT并联模块的驱动电路的结构示意图，如图2所示，控制模块200提供的控制信号为单脉冲信号；控制模块200具体用于根据延迟补偿量，修正提供至各驱动模块300的单脉冲信号的脉宽和/或幅值，以控制各驱动模块300一一对应地向各IGBT模块110的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号；或者驱动模块300包括信号放大单元310和信号修正单元320；信号修正单元320用于根据控制信号，修正向各IGBT模块100的IGBT的栅极提供的驱动信号的幅值；信号放大单元310用于对幅值修正后的驱动信号进行增益调节，并输出PWM信号至IGBT并联模块100。

具体的，图3是本发明实施例提供的首次驱动IGBT并联模块的驱动信号示意图，如图3所示，控制模块200向驱动单元300提供的控制信号为单脉冲信号，控制模块200可根据延迟补偿量对输出至各驱动单元300的单脉冲信号进行脉宽调制和/或幅值修正，各驱动电路300中存在电容或电感等电子器件，即使各驱动电路200中电路结构和电子器件的型号都相同，由于电子器件的特性差异也会使输出至各IGBT模块的驱动信号有时间和/或幅值上的差异。图中仅示出了时间差异，以此为例，若各IGBT的导通阈值电压相同，都为U1，控制单元200输出的单脉冲信号经过驱动模块300放大后到达各IGBT栅极的时间不同，分别为t1和t2，则造成各IGBT的导通时间不一致，可能使得提前导通的IGBT模块超负荷工作，对IGBT造成损害，从而影响整体使用寿命，为了使各IGBT模块同时导通，可靠通过控制模块200对单脉冲信号进行脉宽调制，图4是本发明实施例提供的脉宽调制后的驱动信号示意图，如图4所示，经过脉宽调制后，即使各驱动信号到达各IGBT栅极的时间不同，也可同时在t1时间导通，使得各IGBT模块同时工作，实现了对各IGBT模块的均流。

示例性的，图3和图4仅示出了各IGBT导通阈值相同的情况，由于制造或材料原因，各IGBT的导通阈值会存在差异，因此还可对脉冲幅值进行修正，或同时对脉冲信号进行脉宽调制和幅值修正，即控制模块200根据延迟补偿量生成对幅值修正参数，各驱动模块300中的信号修正单元320可根据幅值修正参数对脉冲幅值进行修正，以达到使各IGBT模块同时导通；或控制模块200根据延迟补偿量首先对单脉冲信号进行脉宽调制，再通过驱动模块300的信号修正单元320进行幅值修正，再通过信号放大单元310对修正后的信号进行放大后输出至各IGBT模块110，实现对IGBT并联模块100的均流。

可选的，参考图2，检测模块400包括与各IGBT模块110一一对应的多个测试探针410；测试探针410与各IGBT模块110中的IGBT的栅极接触。

具体的，检测模块400通过测试探针410获取各IGBT模块110中IGBT的栅射极电压，在驱动模块300向各IGBT模块110提供驱动信号时，将测试探针410的探头与IGBT的栅极接触采集电压信号，直至IGBT导通或此次驱动信号结束时完成一个测试周期，其采集的电压信号即为当前IGBT的栅射极电压，检测各IGBT的栅射极电压从接收驱动信号到导通所用时间，因此采集的栅射极电压信号体现为电压幅值与时间的关系函数。

可选的，参考图2，IGBT并联模块的驱动电路还包括存储模块600；存储模块600用于存储延迟补偿量。

具体的，存储模块600与计算模块500和控制模块200电连接，计算模块500根据检测模块400获取的栅射极电压计算延迟补偿量，并将计算后得到的延迟补偿量存储至存储模块600中，控制模块200再次输出控制信号之前首先读取存储模块600中的延迟补偿量，并根据延迟补偿量对控制信号进行修正，向驱动模块300输出修正后的控制信号，驱动模块300再次根据修正后的控制信号输出驱动信号至IGBT并联模块100，检测模块400再次获取各IGBT的栅射极电压，计算模块500根据栅射极电压计算出延迟补偿量后再次将延迟补偿量存储至存储模块600以供控制模块200进行读取，如此构成一个闭环反馈调节***。

可选的，继续参考图2，计算模块500包括比较单元510和判断单元520；比较单元510用于比较各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，并输出各栅射极电压之间的延迟补偿量；判断单元520用于判断延迟补偿量是否在预设范围内，并在延迟补偿量在预设范围内时，将延迟补偿量存储于存储模块600中，并停止接收检测模块400获取的各IGBT模块的IGBT的栅射极电压。

具体的，比较单元510的输入端与检测模块400电连接，输出端与判断单元520电连接，将获取的各IGBT模块的IGBT的栅射极电压进行比较并计算，并将计算后的各栅射极电压之间的延迟补偿量输出至判断单元520，判断单元520输出端与存储模块600电连接，判断延迟补偿量是否在预设范围内，若是，则说明各IGBT模块110的均流性能已满足需求，将当前延迟补偿量存储于存储模块600中，并停止接收检测模块400获取的各IGBT模块的IGBT的栅射极电压；若否，则将当前延迟补偿量存储于存储模块600后，继续接收检测模块400获取的各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，进行比较判断，直至延迟补偿量在预设范围内。

本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路，通过测试探针获取各IGBT模块中IGBT的栅射极电压，在计算模块中设置了比较单元和判断单元对获取的栅射极电压进行比较计算获取延迟补偿量，通过判断单元判断当前的延迟补偿量是否在预设范围，如此构成一个循环判断结构，直至延迟补偿量在预设范围内，使得IGBT并联模块的驱动电路的均流性能满足使用需求。本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路，与器件筛选、特殊均流电路相比，成本更低，而且便于扩展，满足多个IGBT模块并联使用的情况，在特殊情况各IGBT模块无法进行对称化设计时，仍能起到改善动态均流的作用。

需要说明的是，本发明实施例以多个IGBT模块并联进行说明，实现多个IGBT模块并联时的均流，本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路还可以适用于其他器件组成并联电力***的情况，包括但不限于多个MOSFET模块并联，或多个SiC MOSFET模块并联等。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种电动汽车，该电动汽车包括IGBT并联模块和本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路。因此，本发明实施例提供的电动汽车包括本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路的技术特征，能够达到本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路的有益效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路的描述，在此不再赘述。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种IGBT并联模块的驱动方法，用于驱动IGBT并联模块，该方法能够提高IGBT并联模块的驱动电路的均流性能，该IGBT并联模块的驱动方法由本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动电路执行。其中，IGBT并联模块包括至少两个并联连接的IGBT模块，每个IGBT模块包括至少一个IGBT，图5是本发明实施例提供的一种IGBT并联模块的驱动方法的流程图，如图5所示，该IGBT并联模块的驱动方法包括：

S110、在向各IGBT并联模块的IGBT提供驱动信号时，获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压。

S120、根据各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，计算各栅射极电压之间的延迟补偿量。

S130、根据延迟补偿量，修正提供至各IGBT并联模块的IGBT的栅极驱动信号。

S140、重复执行S110～S130，直至延迟补偿量在预设范围内。

具体的，为了满足大功率驱动***的需求，通常将多个IGBT模块并联以提高功率输出，为了解决多个IGBT模块并联均流问题，本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动方法，首先向各IGBT模块的IGBT提供驱动信号，同时，获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，该栅射极电压体现为从IGBT从接收驱动信号至导通期间电压幅值与时间的关系函数，然后根据获取的各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，计算各栅射极电压之间的延迟补偿量，其中延迟补偿量包括驱动信号的时间延迟量和幅值补偿量，可根据各IGBT栅射极电压达到导通阈值电压的时间差异和各IGBT导通阈值的幅值差异计算延迟补偿量；再根据延迟补偿量，修正提供至各IGBT并联模块的IGBT的栅极驱动信号。示例性的，在延迟补偿量在预设范围内时，记录并存储延迟补偿量，并停止获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，若延迟补偿量不在预设范围内，则记录并存储延迟补偿量后继续获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，直至延迟补偿量在预设范围内。

可选的，若重复执行获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压的步骤的次数大于预设次数，则结束获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压。其中，预设次数可根据测试需求自行设置。

本发明实施例提供的IGBT并联模块的驱动方法，通过获取各IGBT模块的IGBT的栅射极电压，并对其进行计算获取延迟补偿量，根据延迟补偿量修正提供至各IGBT并联模块的IGBT的栅极驱动信号，并通过充进行上述操作直至延迟补偿量在预设范围内，实现了对IGBT并联模块的均流性能，延长了IGBT并联模块整体的使用寿命，与器件筛选、特殊均流电路相比，成本更低，在特殊情况各IGBT模块无法进行对称化设计时，仍能起到改善动态均流的作用。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种IGBT并联模块的驱动电路，所述IGBT并联模块包括至少两个并联连接的IGBT模块，每个所述IGBT模块包括至少一个IGBT，其特征在于，包括：控制模块、至少两个驱动模块、检测模块和计算模块；

所述控制模块用于提供控制信号至各所述驱动模块，控制各所述驱动模块一一对应地向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供驱动信号；

所述检测模块用于获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号；

所述计算模块用于根据各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号，计算各所述栅射极电压信号之间的延迟补偿量；

所述控制模块还用于根据所述延迟补偿量，修正提供至各所述驱动模块的控制信号，以控制各所述驱动模块一一对应地向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的IGBT并联模块的驱动电路，其特征在于，所述控制模块提供的所述控制信号为单脉冲信号；

所述控制模块具体用于根据所述延迟补偿量，修正提供至各所述驱动模块的单脉冲信号的脉宽和/或幅值，以控制各所述驱动模块一一对应地向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供修正后的驱动信号；

或者，所述驱动模块包括信号放大单元和信号修正单元；

所述信号修正单元用于根据所述控制信号，修正向各所述IGBT模块的IGBT的栅极提供的驱动信号的幅值；

所述信号放大单元用于对幅值修正后的所述驱动信号进行增益调节，并输出PWM信号至所述IGBT并联模块。

3.根据权利要求1所述的IGBT并联模块的驱动电路，其特征在于，所述检测模块包括与各所述IGBT模块一一对应的多个测试探针；

所述测试探针与各所述IGBT模块中的IGBT的栅极接触。

4.根据权利要求1所述的IGBT并联模块的驱动电路，其特征在于，还包括：存储模块；

所述存储模块用于存储所述延迟补偿量。

5.根据权利要求4所述的IGBT并联模块的驱动电路，其特征在于，所述计算模块包括比较单元和判断单元；

所述比较单元用于比较各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号，并输出各所述IGBT模块之间的延迟补偿量；

所述判断单元用于判断所述延迟补偿量是否在预设范围内，并在所述延迟补偿量在所述预设范围内时，将所述延迟补偿量存储于所述存储模块中，并停止接收所述检测模块获取的各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号。

6.根据权利要求1～5任一项所述的IGBT并联模块的驱动电路，其特征在于，所述延迟补偿量包括所述驱动信号的时间延迟量和幅值补偿量。

7.一种电动汽车，其特征在于，包括：IGBT并联模块和权利要求1～6任一项所述的IGBT并联模块的驱动电路。

8.一种IGBT并联模块的驱动方法，用于驱动所述IGBT并联模块，所述IGBT并联模块包括至少两个并联连接的IGBT模块，每个所述IGBT模块包括至少一个IGBT，其特征在于，包括：

在向各所述IGBT并联模块的IGBT提供驱动信号时，获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号；

根据各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号，计算各所述栅射极电压信号之间的延迟补偿量；

根据所述延迟补偿量，修正提供至各所述IGBT并联模块的IGBT的栅极驱动信号；

重复执行所述获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号的步骤，直至所述延迟补偿量在预设范围内。

9.根据权利要求8所述的IGBT并联模块的驱动方法，其特征在于，还包括：

在所述延迟补偿量在所述预设范围内时，记录并存储所述延迟补偿量。

10.根据权利要求8所述的IGBT并联模块的驱动方法，其特征在于，还包括：

若重复执行所述获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号的步骤的次数大于预设次数，则结束获取各所述IGBT模块的IGBT的栅射极电压信号。

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