CN102355123A - 一种新型高频高压开关电源用igbt驱动电路 - Google Patents

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张潮海
李金华
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Abstract

本发明涉及一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路，包括开关控制电路(1)、脉冲变压器隔离电路(2)和稳压电路(3)组成；前端控制器MCU产生IGBT驱动信号后输入到高速双路同相驱动器MC33152；输出端连接脉冲变压器隔离电路的初级电路，经由脉冲变压器隔离电路隔离传输到次级电路；脉冲变压器次级电路的输出连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端则分别接入IGBT的栅极和射极。本发明具有以下特点：输入级电压波动小、开关响应快、开通和关断功耗低、输入级与栅极完全隔离，稳压电路中串联电阻能有效抑制高频寄生振荡，有效降低驱动电路与IGBT的相互干扰，提高了IGBT驱动信号的精度，使IGBT的驱动控制更可靠、安全、精确。

Description

一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路
1：技术领域
本发明涉及一种开关电源用IGBT驱动电路，特别涉及一种大功率静电除尘器用高频高压开关电源用IGBT驱动电路。
2：背景技术
随着人类生产规模的扩大，空气污染同趋严重。粉尘是造成空气污染的主要污染物之一，煤炭加工、采矿、电力、冶金、炼油、化工、造纸等工业都是粉尘的排放源。静电除尘器可有效降低工业生产中粉尘的排放量，回收的粉尘中有大量金属等贵重材料，从而有效减少了大量贵金属材料的流失。目前我国采用的静电除尘电源大多采用工频电源供电，它存在除尘效率低、能耗大、功率因数小、响应时间长等明显缺点。高频高压静电除尘电源克服了工频开关电源的缺点，它可以提供几乎平直的电晕电压和快速响应时间，具有除尘效率高、阻力损失小、耐高温、烟气处理量大等明显优点，因而具有良好的应用前景，高频高压开关电源的核心是采用IGBT作为开关器件的逆变电路，现有大功率开关电源应用场合的IGBT驱动电路大多具有极易受干扰、安全性和稳定性低的缺点。
3：发明内容
本发明的目的在于提供一种输入级电压波动小、开关响应快、开通和关断功耗低、输入级与栅极完全隔离的新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路。
本发明的技术方案为：一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路，包括开关控制电路(1)、脉冲变压器隔离电路(2)和稳压电路(3)组成；前端控制器MCU产生IGBT驱动信号后输入到高速双路同相驱动器MC33152；输出端连接脉冲变压器隔离电路的初级电路，经由脉冲变压器隔离电路隔离传输到次级电路；脉冲变压器次级电路的输出连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端则分别接入IGBT的栅极和射极。
所述开关控制电路(1)由前端控制器MCU、电源VCC、电容C1、MC33152组成；其中MCU的输出端与MC33152的4管脚连接，电源VCC正端接MC33152的6管脚并与电容C1的一端连接，电源VCC负端接地；电容C1的一端接VCC的正端并与MC33152的6管脚连接，另一端接地MC33152的3管脚接地；MC33152的5管脚接脉冲变压器隔离电路(2)的输入端。
所述脉冲变压器隔离电路(2)由电容C2和脉冲变压器T1组成；C2的一端与MC33152的5管脚连接，另一端与脉冲变压器T1的初级线圈的接脚1连接；脉冲变压器T1的初级线圈的接脚2接地；脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3、接脚4分别与稳压电路(3)的两个输入端连接。
所述稳压电路(3)由电阻R1、R2、R3、肖特基二极管D1、齐纳二极管DZ1、DZ2组成；D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端与脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3并与R3的一端连接，D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的另一端与DZ1和DZ2组成的串联电路的一端并与IGBT的栅极连接；R3的一端与D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端并与脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3连接，R3的另一端与IGBT的发射极和脉冲变压器T1的次级线圈的接脚4并与DZ1和DZ2组成的串联电路的一端连接；DZ1和DZ2组成的串联电路的一端与D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端并与IGBT的栅极连接，DZ1和DZ2组成的串联电路的另一端与R3的一端和脉冲变压器T1的次级线圈的接脚4并与IGBT的发射极连接。
本发明采用脉冲变压器隔离驱动IGBT的结构，对驱动信号进行隔离处理。输入级电压波动小、开关响应快、开通和关断功耗低、输入级与栅极完全隔离，稳压电路中串联电阻能有效抑制高频寄生振荡，有效降低驱动电路与IGBT的相互干扰，提高了IGBT驱动信号的精度，是一种安全可靠、精确实用的高频高压开关电源用IGBT驱动电路。
4：附图说明
图1为本发明的电路原理图。
5：具体实施方式
本发明一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路如图1所示，包括开关控制电路(1)、脉冲变压器隔离电路(2)和稳压电路(3)组成；前端控制器MCU产生IGBT驱动信号后输入到高速双路同相驱动器MC33152；输出端连接脉冲变压器隔离电路的初级电路，经由脉冲变压器隔离电路隔离传输到次级电路；脉冲变压器次级电路的输出连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端则分别接入IGBT的栅极和射极。
本实施例中，上述开关控制电路(1)由前端控制器MCU、电源VCC、电容C1、MC33152组成；其中MCU的输出端与MC33152的4管脚连接，电源VCC正端接MC33152的6管脚并与电容C1的一端连接，电源VCC负端接地；电容C1的一端接VCC的正端并与MC33152的6管脚连接，另一端接地；MC33152的3管脚接地；MC33152的5管脚接脉冲变压器隔离电路(2)的输入端。
本实施例中，上述脉冲变压器隔离电路(2)由电容C2和脉冲变压器T1组成；C2的一端与MC33152的5管脚连接，另一端与脉冲变压器T1的初级线圈的接脚1连接；脉冲变压器T1的初级线圈的接脚2接地；脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3、接脚4分别与稳压电路(3)的两个输入端连接。
本实施例中，上述稳压电路(3)由电阻R1、R2、R3、肖特基二极管D1、齐纳二极管DZ1、DZ2组成；D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端与脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3并与R3的一端连接，D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的另一端与DZ1和DZ2组成的串联电路的一端并与IGBT的栅极连接；R3的一端与D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端并与脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3连接，R3的另一端与IGBT的发射极和脉冲变压器T1的次级线圈的接脚4并与DZ1和DZ2组成的串联电路的一端连接；DZ1和DZ2组成的串联电路的一端与D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端并与IGBT的栅极连接，DZ1和DZ2组成的串联电路的另一端与R3的一端和脉冲变压器T1的次级线圈的接脚4并与IGBT的发射极连接。
在本实例中：控制芯片选择MC33152，该芯片有大电流推挽输出，能有效提高带负载的能力，需在管脚6加20V电压才能使该芯片工作；电容C1选择极性电容，起稳压和吸收谐波的作用；C2选择极性电容，起限流和吸收能量的作用；前端控制器MCU选择DSPTMS320LF2407；D1选择快恢复二极管，起使电路快速释放电能的作用；脉冲变压器的变比为1∶2；R1、R2、R3起限流和提高稳压效果的作用；DZ1、DZ2为齐纳二极管，起稳定电压、防止电压过高损坏IGBT的作用，因这里我们选用耐压1200V的IGBT，该型IGBT的最大栅射电压VGES为20V，开启电压VGE(th)为4.5V-8.5V之间，所以DZ1、DZ2选择15V稳压管。DZ1、DZ2反向串联可以得到15.7V稳压值。这样可保证IGBT栅射电压为15.7V，使IGBT能稳定开通。
本发明的工作原理如下：当前端控制器MCU即DSP产生“1”，即产生开通信号时，输入MC33152的管脚4，经MC33152内部电路转换由管脚5输出与输入信号同相的控制信号加于脉冲变压器的一次侧，经脉冲变压器隔离感应输出二次侧电压，并加于R3上，R3阻值为20K，可以有效的起到抑制电流的作用，此时得到的电压是带有明显脉冲尖峰的脉冲电压。如果直接加于IGBT的栅极(G)和射极(E)之间，则很有可能损坏IGBT，所以在输出前加上稳压电路，R1起限流和提高稳压效果的作用，DZ1、DZ2反向串联可使电压稳定在15.7V。从而使IGBT稳定开通。当前端控制器MCU即DSP产生“0”，即关断信号时。脉冲变压器的二次侧输出负的脉冲电压，D1和R2串联支路可使在脉冲信号关断时能够使电路的能量被很快释放。另外，由于DZ1、DZ2的存在，使IGBT的栅射电压VGE为-15.7V，此负压可使IGBT精确关断。特别是在负载两极板间发生闪络放电的情况下能精确控制输出电压，以免造成不必要的损失。

Claims (4)

1.一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路，其特征在于，包括开关控制电路(1)、脉冲变压器隔离电路(2)和稳压电路(3)组成；前端控制器MCU产生IGBT驱动信号后输入到高速双路同相驱动器MC33152；输出端连接脉冲变压器隔离电路的初级电路，经由脉冲变压器隔离电路隔离传输到次级电路；脉冲变压器次级电路的输出连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端则分别接入IGBT的栅极和射极。
2.根据权利要求1所述的一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路，其特征在于开关控制电路(1)由前端控制器MCU、电源VCC、电容C1、MC33152组成；其中MCU的输出端与MC33152的4管脚连接，电源VCC正端接MC33152的6管脚并与电容C1的一端连接，电源VCC负端接地；电容C1的一端接VCC的正端并与MC33152的6管脚连接，另一端接地；MC33152的3管脚接地；MC33152的5管脚接脉冲变压器隔离电路(2)的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路，其特征在于脉冲变压器隔离电路(2)由电容C2和脉冲变压器T1组成；C2的一端与MC33152的5管脚连接，另一端与脉冲变压器T1的初级线圈的接脚1连接；脉冲变压器T1的初级线圈的接脚2接地；脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3、接脚4分别与稳压电路(3)的两个输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型高频高压开关电源用IGBT驱动电路，其特征在于稳压电路(3)由电阻R1、R2、R3、肖特基二极管D1、齐纳二极管DZ1、DZ2组成；D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端与脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3并与R3的一端连接，D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的另一端与DZ1和DZ2组成的串联电路的一端并与IGBT的栅极连接；R3的一端与D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端并与脉冲变压器T1的次级线圈的接脚3连接，R3的另一端与IGBT的发射极和脉冲变压器T1的次级线圈的接脚4并与DZ1和DZ2组成的串联电路的一端连接；DZ1和DZ2组成的串联电路的一端与D1和R2串联后再和R1并联后的并联电路的一端并与IGBT的栅极连接，DZ1和DZ2组成的串联电路的另一端与R3的一端和脉冲变压器T1的次级线圈的接脚4并与IGBT的发射极连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103368363A (zh) * 2013-06-08 2013-10-23 南京劳伦斯电子科技有限公司 一种新型高频高压开关电源用igbt驱动电路
CN104202027A (zh) * 2014-09-23 2014-12-10 中国电子科技集团公司第十四研究所 大功率igbt驱动器
CN104833906A (zh) * 2015-05-20 2015-08-12 哈尔滨理工大学 用于电缆局部放电检测的igbt高压开关
CN109936349A (zh) * 2019-03-29 2019-06-25 吕建华 一种提高电力电子开关器件开关速度的设计和应用

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