CN103532356A - 一种具有负压的自举供电mosfet/igbt驱动线路 - Google Patents

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本发明公开了一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，包括：上位功率管M1驱动电路和下位功率管M2驱动电路，上位功率管M1驱动电路包括：自举供电线路、上位推挽驱动线路、上位负压生成线路和上位保护线路；下位功率管M2驱动电路包括：低压直流稳压电源、下位推挽驱动线路、下位负压生成线路和下位保护线路；本发明有益效果：解决了传统自举供电基础上不能有效增加负压线路,导致上桥臂MOSFET/IGBT不能可靠关断，并且大负载时容易导致上下桥臂直通，最终烧毁设备的问题；既保证了线路的简洁性，又能保证功率管的可靠关断。

Description

一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路
技术领域
本发明涉及一种换流器IGBT或MOSFET门电路的驱动装置，尤其涉及一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路。
背景技术
功率变换器性能在很大程度上受制于功率开关管MOSFET/IGBT（MOSFET：金属-氧化层-半导体-场效晶体管；IGBT：绝缘栅双极型晶体管）的开关性能，因此MOSFET/IGBT的驱动线路在电力电子系统中占有举足轻重的地位。功率管的驱动线路改善主要从以下几个方面：
（1）减小开关时间，从而提高功率变换系统效率，如有源驱动线路。
（2）线路可靠性方面的改善，利用负压保证开关管可靠关断，过压、过流等的检测信号的反馈，从而防止开关管直通等。
（3）线路简化，如供电线路采用自举线路供电。
传统线路主要采用独立供电负压关断或自举线路供电零电压关断。独立供电负压关断如图1所示，上位功率管和下位功率管分别独立隔离供电，这种方式驱动线路稳定性相对较好，但功率变换系统通常含有多个功率管，使得对辅助供电线路要求较高，辅助供电线路较复杂；自举线路供电零电压关断如图2所示，上位功率管采用自举电压线路供电，线路相对简洁，失效率相对较低，上位功率管驱动线路的负压生成线路通常采用稳压管和电容并联，但是这种方式难于应用于上位功率管驱动，难以保证功率管的可靠关断，且容易因干扰造成误导通。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，有效解决了传统自举供电基础上不能有效增加负压线路,导致上桥臂MOSFET/IGBT不能可靠关断，并且大负载时容易导致上下桥臂直通，最终烧毁设备的问题；既保证了线路的简洁性，又能保证功率管的可靠关断。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，包括：上位功率管M1驱动电路和下位功率管M2驱动电路，上位功率管M1驱动电路包括：自举供电线路、上位推挽驱动线路、上位负压生成线路和上位保护线路依次串联连接；所述上位负压生成线路串接在上位推挽驱动线路的限流电阻与上位功率管M1的栅极之间。
下位功率管M2驱动电路包括：低压直流稳压电源、下位推挽驱动线路、下位负压生成线路和下位保护线路依次串联连接；所述下位负压生成线路串接在下位推挽驱动线路的限流电阻与下位功率管M2的栅极之间。
所述上位负压生成线路或者下位负压生成线路中的电容在功率管导通时充电，功率管关断时放电。
所述自举供电线路包括二极管D9和电容C14并联连接。
所述上位负压生成线路包括：二极管D12、电阻R12和稳压二极管D10的串联支路与电容C15并联连接。
所述下位负压生成线路包括：二极管D13、电阻R13和稳压二极管D11的串联支路与电容C16并联连接。
下位功率管M2导通时低压直流稳压源为下位负压生成线路中的电容充电。
上位功率管M1导通时自举供电线路中电容所储存的电量为上位负压生成线路中的电容充电。
所述上位负压生成线路或者下位负压生成线路中的电容保持电压不变、稳压管限定负电压的大小、电阻限制流过稳压管的电流、二极管在功率管关断时断开稳压管支路。
在上位功率管驱动电路或者下位功率管驱动电路中：上述的连接方式使得在推挽线路输出高电平时负压生成线路中电容进行充电，功率管栅极电压为推挽线路输出电压减去负压生成线路电容两端的电压；而在推挽线路输出低电平时负压生成线路中电容进行放电，功率管栅极为负压，大小为负压生成线路电容两端的电压。
具体工作流程为：通过微机的控制生成驱动MOSFET元件门电路所需的PWM控制信号，通过光耦隔离后输出到功率管门电路驱动线路的推挽输入端；下位功率管驱动线路由直流稳压电源直接供电，而上位功率管驱动线路通过自举供电线路进行供电；功率管关断时由负压生成线路提供负压进行负压关断。
本发明的有益效果是：
本发明采用的一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，与传统驱动线路相比，具有以下优势：
（1）节省了独立电源数目，使成本大大降低。
（2）线路的负压驱动增强了系统的稳定性和抗干扰特性。
（3）解决了传统自举供电基础上不能有效增加负压线路,导致上桥臂MOSFET/IGBT不能可靠关断，并且大负载时容易导致上下桥臂直通，最终烧毁设备的问题。
（4）既保证了线路的简洁性，又能保证功率管的可靠关断。
附图说明
图1为独立供电负压关断线路图；
图2为自举线路供电零压关断线路图；
图3为本发明的一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路；
其中，10.自举供电线路，20.上位推挽驱动线路，30.上位负压生成线路，40.上位保护线路，50.下位推挽驱动线路，60.下位负压生成线路，70.下位保护线路。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
图1所示为传统的独立供电负压关断线路图，上位功率管和下位功率管分别独立隔离供电，这种方式驱动线路的功率变换系统通常含有多个功率管，使得对辅助供电线路要求较高，辅助供电线路较复杂。
图2所示为传统的自举线路供电零压关断线路图，上位功率管采用自举电压线路供电，线路相对简洁，失效率相对较低，但这种线路不能按照传统方式对上位功率管施加负电压，难以保证功率管的可靠关断，且容易因干扰造成误导通。
如图3所示，本线路主要用于浮地功率管的驱动，如桥式功率变换器和BUCK线路等。在此以MOSFET功率管为例，M1和M2为桥式线路中一个桥臂的上下两个功率管，稳压管D5、D6、D7、D8和用于保护功率管，防止驱动信号超压；电阻R10、R11防止在驱动信号悬空时功率管误导通；电阻R7、R8和R16、R17分别用于限制功率管的导通电流和关断电流；负压生成线路用于产生功率管关断时所需负压，保证功率管可靠关断，同时也防止由于干扰带来的误导通；推挽驱动线路为功率管导通、关断提供足够的电压和电流；V9和V10表示前级线路提供的控制信号；下位管驱动由直流稳压源V12供电，而上位管驱动由自举线路供电。
下位功率管M2驱动电路：由低压直流稳压源V12供电，晶体管Q7和Q9组成的下位推挽驱动线路50提供功率管在导通时刻和关断时刻所需要的电流，通过权衡稳定性和开关管功耗选择所需限流电阻R8和R17的阻值，下位负压生成线路60由二极管D11、稳压管D13、电阻R13和电容C16组成，在驱动信号为高电平期间为电容C16充电，而在驱动信号为低电平期间电容C16放电，充放电的功率相对电容储存的电能较小，故电容电压基本保持稳压管所决定的电压不变，二极管D11使得功率管关断时经过电容C16负压放电，电阻R13调节电容C16稳压的快慢；下位保护线路70中电阻R10防止驱动信号悬空而造成功率管的误导通，稳压管D6、D8防止功率管栅极电压超过器件电压极限而损坏功率管。
上位功率管M1驱动电路：自举供电线路10由二极管D9和电容C14组成，在上位功率管M1关断且下位功率管M2导通时，低压直流稳压源V12经D9为电容C14充电，而下位功率管M2关断时电容C14两端电压保持不变，但电位随着上下两功率管中间电位的升高而升高，从而电容C14两端的电压为上位功率管M1驱动线路供电。
传统线路在自举供电线路中的电容充电时，上位负压生成线路中的电容放电，使得驱动电路失去负压作用，而本线路自举供电线路10中的电容充电时不经过上位负压生成线路30电容，从而使得负压保持不变。上位推挽驱动线路20中由晶体管Q6和Q8驱动推挽，电阻R7和R16限流；由二极管D12、稳压管D10、电阻R13和电容C16组成的上位负压生成线路30以及电阻R11和稳压管D5、D7组成上位保护线路40的工作原理与下位功率管M2驱动电路中的工作原理基本相同。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，包括：上位功率管M1驱动电路和下位功率管M2驱动电路，其特征是，
上位功率管M1驱动电路包括：自举供电线路、上位推挽驱动线路、上位负压生成线路和上位保护线路依次串联连接；所述上位负压生成线路串接在上位推挽驱动线路的限流电阻与上位功率管M1的栅极之间；
下位功率管M2驱动电路包括：低压直流稳压电源、下位推挽驱动线路、下位负压生成线路和下位保护线路依次串联连接；所述下位负压生成线路串接在下位推挽驱动线路的限流电阻与下位功率管M2的栅极之间；
所述上位负压生成线路或者下位负压生成线路中的电容在功率管导通时充电，功率管关断时放电。
2.如权利要求1所述的一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，其特征是，所述自举供电线路包括二极管D9和电容C14并联连接。
3.如权利要求1所述的一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，其特征是，所述上位负压生成线路包括：二极管D12、电阻R12和稳压二极管D10的串联支路与电容C15并联连接。
4.如权利要求1所述的一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，其特征是，所述下位负压生成线路包括：二极管D13、电阻R13和稳压二极管D11的串联支路与电容C16并联连接。
5.如权利要求1所述的一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，其特征是，下位功率管M2导通时低压直流稳压源为下位负压生成线路中的电容充电。
6.如权利要求1所述的一种具有负压的自举供电MOSFET/IGBT驱动线路，其特征是，上位功率管M1导通时自举供电线路中电容所储存的电量为上位负压生成线路中的电容充电。
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