CN101009486A

CN101009486A - 绝缘栅功率管窄脉冲驱动器

Info

Publication number: CN101009486A
Application number: CN 200610067163
Authority: CN
Inventors: 满会生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-08-01

Abstract

本发明是关于绝缘栅功率管(MOSFET、IGBT)驱动电路的领域，特别是一种既电气隔离，又无隔离电源的绝缘栅功率管窄脉冲驱动器，本驱动器由三部分组成：信号变换及驱动，脉冲变压器、电子开关。信号变换电路，把输入信号的高或低电平变换成具有一定频率的高窄脉冲或低窄脉冲，也就是用高频窄脉冲信号将输入信号进行调制，通过功率管驱动脉冲变压器，在电子开关的控制下直接对功率管的栅极充电，形成正栅压或负栅压。窄脉冲信号产生时，电子开关打开，消失后关闭。利用其本身的栅电容来保持栅压，因采用窄脉冲驱动，脉冲变压器体积很小，无需隔离电源，可一直保持功率管的开通或关断。

Description

绝缘栅功率管窄脉冲驱动器

技术领域

本发明涉及一种绝缘栅功率管(MOSFET、IGBT)，栅极驱动电路的领域，特别是绝缘栅功率管窄脉冲驱动器。

背景技术

绝缘栅功率管，如MOSFET、IGBT等都是靠电压驱动，都需要一个专门的驱动器。目前的产品主要有两种：一种是输入信号及输出驱动电路采用光电耦合器隔离，并使用隔离电源供电。因需隔离电源，所以成本高，电路复杂，设计使用不方便。另一种是输入及输出电气不隔离，供电采用自举电源的驱动器。这种驱动器虽然不需隔离电源，但因无电气隔离而抗干扰能力差，容易过压击穿，击穿后，直流高压进入低压电路，可靠性差，并且不能一直维持功率管的开通与关断。

另外还有一种电路，是靠隔离变压器直接驱动功率管的栅极，虽不需隔离电源，但变压器的体积，对输入信号及信号占空比需求较高，特别是频率较低时，变压器体积较大，因此实用性差。

发明内容

绝缘栅功率管的栅极，其输入回路就相当于一个电容，功率管的开通与关断，就是对栅极电容的充电与放电的过程，其作用时间很短。可利用栅极固有的电容或再并联一个附加电容，来保持充电时的电压，因此需要的能量很小。

本发明的目的提供了一种信号输入部分与输出驱动部分，即电气隔离又无需隔离电源，并且能使功率管一直维持开通或关断，用周期窄脉冲驱动的驱动电路。因采用窄脉冲，变压器的体积很小。

其具体方案如图1：它由三部分组成，1、输入信号变换及驱动部分BQ。它的作用是将输入信号的高或低电平，变换成相应的周期高窄脉冲或低窄脉冲信号，也就是用高频窄脉冲信号对输入信号进行调制。再通过功率驱动部分，对脉冲变压器B的初级进行驱动，即输入信号由低到高时，变压器B的初级加上一个正窄脉冲，1端为正，2端为负，在输入信号保持高电平时，此窄脉冲周期性的出现，输入信号由高到低时，加上一个负窄脉冲，2端为正，1端为负，同样此脉冲在输入信号保持低电平时，也周期性的出现，已保证栅压稳定不被泄漏。波形如图2，a为输入信号、b为变压器B初级信号。2、脉冲变压器B，它的作用是即电气隔离，又起脉冲能量的传递。波形如图2，c为变压器B的次级信号。3、电子开关部分DK，它的作用是，在脉冲变压器次级有窄脉冲信号时，接通栅极，对栅极电容充电，窄脉冲信号消失后断开栅极。其断开的目的是防止栅电荷放电。其具体工作过程是：当输入信号Vi由低电平变为高电平时，通过信号变换及功率驱动，在变压器次级产生正窄脉冲，如图2C即线圈3端为正，4端为负，电子开关DK接通，脉冲信号通过电子开关DK对功率管T的栅极G充电，电压很快达到脉冲信号的最大值，脉冲信号消失后，电子开关DK关闭，阻值为无穷大。当输入信号保持在高电平时，因输入信号被高频窄脉冲进行了调制，此窄脉冲将周期性的出现，图2C中画出了四个正窄脉冲。电子开关DK也将周期性的打开、关闭，以使功率管T栅极电压保持在正的最大值，波形如图2d。当输入信号从高电平变为低电平时，经过信号变换及功率驱动，在脉冲变压器次级产生一个负窄脉冲，即线圈的3端为负，4端为正。这时电子开关DK打开，脉冲信号对功率管T栅极进行反充电。脉冲信号消失后，电子开关DK关闭，同样此窄脉冲在输入信号保持低电平时，也周期性的出现，图2C只画出了四个负窄脉冲，使栅极保持一定的负电压。

附图说明

图1是电路原理图；

图2是各部分的波形图；

图3是具体实施例的电路原理图。

图中，a为输入信号、b变压器初极信号、c变压器次级信号、d功率管T的栅极电压。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图3所示，为电原理图，V_i为输入信号，V₊输入信号端电源，BH为信号变换器，MF为窄脉冲发生器，以产生周期窄脉冲信号，对输入信号进行调制，晶体三极管T₁、T₂、T₃、T₁，晶体二极管D₁、D₂、组成窄脉冲功率驱动部分。B为脉冲变压器起电气隔离，能量传递作用。电子开关DK由晶体管T₅、T₆、具有基极、集电极、发射极，晶体二级管D₃、D₄、稳压管D₅、D₆具有正极、负极，电阻R1组成控制窄脉冲信号的开通与关断。稳压管D₈、D₉具有正极、负极起限幅作用，D₈限制正栅压幅值，D₉限制负栅压幅值，T为被驱动的绝缘栅功率管，其具有栅极G、发射极E、集电极C。

晶体管T₅、T₆是两只互补三极管，T₅是NPN管，T₆是PNP管，T₅、T₆管两发射极相连，再连接于脉冲变压器B的次级线圈3端，两管子T₅、T₆的基极相连，然后基极通过电阻R₁，稳压管D₅、D₆相串联再与脉冲变压器B次级线圈的另一端4相连，并与被驱动绝缘栅功率管T的发射极E相连。T₅的集电极接二级管D₃的负极，T₆管的集电极接二极管D₄的正极，然后D₃管的正极与D₄管的负极相连，作为输出与被驱动绝缘栅功率管T的栅极G相连。限幅稳压管D₈、D₉相串联后，连接于功率管T的栅极G，与发射极E之间，三极管T₅、T₆也可由两只互补的场效应管组成，N沟道场效应管，对应于T₅管，P沟道场效应管对应于T₆管。栅极对应干基极，源极对应于发射极，漏极对应于集电极，此时，两场效应管的栅极直接与脉冲变压器B的次级线圈4相连，省掉电阻R₁，稳压管D₅、D₆。

其具体的工作过程为：当输入信号Vi由低电平变为高电平时，经信号变换器BH后，C端为低电平，A端为高电平，B端为高电平，晶体管T₃、T₂导通、T₁、T₄截止，脉冲变压器B的初级线圈1端为正，2端为负，次级线圈3端为正、4端为负，同名端如图。电子开关中T₅基极无电流截止，T₆基极有电流而导通，电流方向为：从线圈3端到T₆发射级，基极，电阻R₁、D₅、D₆回到线圈4端，稳压管D₅、D₆的作用是当线圈3、4端电压达到一定值时，基极才导通。同时线圈3端经T₆发射级、集电级、二极管D₁、功率管T的栅极G发射极E，到线圈4端，对功率管T的栅级G充电，波形见图2d。当经过(1-2)μs右左，这时功率管T栅极电压已被充电到最大值，窄脉冲发生器MF的输出端B由高电平变为低电平，变换器BH的C端仍为低电平，T₄管导通，T₃管截止，二极管D₁、D₂起续流作用。变压器B的初级1、2端同时为低电平。线圈1、2端、3、4端电压为零。波形见图2b、c，T₆截止。脉冲变压器B输出了一个窄脉冲，这时被驱动功率管T已饱和导通。如输入信号保持高电平，MF将周期性发出高窄脉冲信号，T₆管也将周期性的开通与关断，以使功率管T的栅极电压保持在正最大值。

当输入信号从高电平变为低电平时，信号变换器BH的C端为高电平，A端为低电平，B端为低电平，晶体管T₁、T₄导通，线圈的2端为正，1端为负，变压B次级4端为正，3端为负。电子开关的T₅有基极电流并导通，对功率管T栅极G反充电。电流方向为，线圈4端T管发射极E、栅极G、二极管D₃、T₅管集电极，发射极线圈3端。同样当经过(1-2)μS左右，窄脉冲发生器MF的B端由低电平变为高电平，T₄截止，T₃导通，C端仍为高电平。线圈1、2端，3、4端电压都为零，波形见图2中b、c，电子开关T₅截止，这时功率管T的栅极电压被反充到稳压管D₉的稳压值，此脉冲完成了对功率管T的关断作用，同以上如输入信号Vi保持低电平，窄脉冲发生器MF将周期性的产生低窄脉冲信号，T5管将周期性的导通与关断，使被驱动功率管T的栅极保持一定的负压，功率管T截止。输入正信号后，重复以上过程。

Claims

1、一种绝缘栅功率管窄脉冲驱动器，含有信号变换及功率驱动(BQ)，脉冲变压器(B)，稳压管限幅(D8)、(D9)，其特征是在脉冲变压器(B)的次级线圈(3)(4)端与被驱动绝缘栅功率管(T)之间接有一电子开关(DK)。

2、根据权利要求1所述的绝缘栅功率管窄脉冲驱动器，其所述电子开关(DK)是由两只互补的双极晶体管(T5)、(T6)，其具有基极、发射极、集电极，晶体二极管(D3)(D4)，稳压管(D5)(D6)，电阻(R1)组成，NPN管(T5)和PNP管(T6)的两发射极相连，再连接于脉冲变压器(B)的次级线圈(3)端，两管子(T5)、(T6)的基极相连，然后基极通过，电阻(R1)，稳压管(D5)(D6)，相串联再与脉冲变压器(B)次极线圈的另一端(4)相连，并与被驱动绝缘栅功率管(T)的发射极(E)相连，NPN管(T5)的集电极接二极管(D3)的负极，PNP管(T6)集电极接二极管(D4)的正极，然后(D3)管的正极与(D4)管的负极相连，作为输出与被驱动的绝缘栅功率管(T)的栅极(G)相连。

3、根据权利要求2所述绝缘栅功率管窄脉冲驱动器，其所述电子开关(DK)中两晶体管(T5)、(T6)的基极与脉冲变压器次级线圈(4)端相串联的两只稳压管(D5)、(D6)，其连接方法为：两负极相连或两正极相连，组成双向稳压。

4、根据权利要求2所述的绝缘栅功率管窄脉冲驱动器，其所述电子开关(DK)中的两晶体管(T5)、(T6)，也可用两只互补的场效应管组成，N沟道场效应管对应于NPN管(T5)，栅极对应于基极，源极对应于发射极，漏极对应于集电极，P沟道场放应管对应于PNP管(T6)，栅极对应于基极，源极对应于发射极，漏极对应于集电极，此时，两栅极可直接与脉冲变压器的次极线圈(4)端相连，省掉电阻(R1)，稳压管(D5)、(D6)。