CN104242611A - 一种半桥igbt驱动模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半桥IGBT驱动模块，包括有控制模块、上桥差分信号转换器、上桥驱动电路、上桥功率放大器、下桥差分信号转换器、下桥驱动电路、下桥功率放大器和驱动电源，所述控制模块输出差分PWM驱动信号，所述差分PWM驱动信号通过传输线路依次通过上下桥差分信号转换器、上下桥驱动电路、上下桥功率放大器发送至半桥IGBT模块。本发明利用差分信号接收器将信号转换成高低电平信号，克服传输过程中带来的干扰；通过信号封锁电路，在上下两个驱动信号相同的时候，关闭输出驱动信号，防止上下管同时导通损坏IGBT开关管；电压检测集成电路避免了在电源不稳定的情况下损坏IGBT开关管。本发明作为一种半桥IGBT驱动模块可广泛应用于电子电路领域。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其是一种半桥IGBT驱动模块。
背景技术
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor（绝缘栅双极型晶体管）的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内。广泛应用于变频器、开关电源、照明电路等领域。
驱动电路是电子电力装置中的一个重要组成部分，输入连接到控制电路PWM信号的输出端，输出端连接到IGBT 的门极及发射极，将装置中的控制电路产生的PWM信号进行隔离传输和电平转换和功率放大，实现控制电路对IGBT 进行开通关断控制，从而实现装置的功率变换功能。
驱动电路设计的好坏直接影响整个装置的稳定性和可靠性。目前，针对半桥IGBT 驱动电路很多，但现有的电路过于复杂且成本较高，例如图1的驱动电路；大功率电子装置体积较大，控制器PWM信号到驱动电路需要经过很长的线路传输，PWM信号在传输中一但受到干扰就会影响装置正常工作，甚至还有可能造成上下桥两个开关管同时导通，造成开关器件损坏。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种从控制板到驱动电路的PWM 信号传输采用差分方式并防止上下两个开关同时导通的半桥IGBT驱动模块。
本发明所采用的技术方案是：一种半桥IGBT驱动模块，包括有控制模块、上桥差分信号转换器、上桥驱动电路、上桥功率放大器、下桥差分信号转换器、下桥驱动电路、下桥功率放大器和驱动电源，所述控制模块输出差分PWM驱动信号，所述差分PWM驱动信号通过传输线路分别发送至上桥差分信号转换器和下桥差分信号转换器，所述上桥差分信号转换器的输出端通过上桥驱动电路连接至上桥功率放大器的输入端，所述下桥差分信号转换器的输出端通过下桥驱动电路连接至下桥功率放大器的输入端，所述上桥功率放大器的输出端和下桥功率放大器的输出端均用于连接半桥IGBT模块，所述上桥驱动电路和下桥驱动电路均包括有一个用于连接半桥IGBT模块的过流保护采样端，所述驱动电源的输出端分别连接至上桥驱动电路的电源输入端、上桥功率放大器的电源输入端、下桥驱动电路的电源输入端和下桥功率放大器的电源输入端。
进一步，还包括有信号封锁电路，所述上桥差分信号转换器的输出端和下桥差分信号转换器的输出端均连接至信号封锁电路的输入端，所述信号封锁电路的输出端分别连接至上桥驱动电路的第一控制端和下桥驱动电路的第一控制端。
进一步，所述信号封锁电路包括有依次连接的或非门、二极管、滤波器和与非门，所述或非门的输入端分别与上桥差分信号转换器的输出端和下桥差分信号转换器的输出端连接，所述与非门的输出端分别连接至上桥驱动电路的第一控制端和下桥驱动电路的第一控制端。
进一步，还包括有电压检测集成电路，所述驱动电源的输出端还连接至电压检测集成电路的输入端，所述电压检测集成电路的输出端分别连接至下桥驱动集成电路的复位控制端和上桥驱动集成电路的复位控制端。
进一步，所述上桥差分信号转换器和下桥差分信号转换器采用SN75176双向差分转换器。
进一步，所述上桥驱动电路和下桥驱动电路采用带有过流保护、欠压保护功能的HCLP316J驱动集成电路。
进一步，所述驱动电源采用基于UC3845的反激式开关电源。
本发明的有益效果是：本发明利用差分信号接收器将信号转换成高低电平信号，克服传输过程中带来的干扰；通过信号封锁电路，在上下两个驱动信号相同的时候，关闭输出驱动信号，防止上下管同时导通损坏IGBT开关管；电压检测集成电路避免了在电源不稳定的情况下损坏IGBT开关管。
附图说明
图1为现有技术中的驱动电路；
图2为本发明驱动电路的原理框图；
图3为本发明中差分信号转换器原理图；
图4为本发明中驱动电路以及信号封锁电路原理图；
图5为本发明中电压检测集成电路部分原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
参照图2，一种半桥IGBT驱动模块，包括有控制模块、上桥差分信号转换器、上桥驱动电路、上桥功率放大器、下桥差分信号转换器、下桥驱动电路、下桥功率放大器和驱动电源，所述控制模块输出差分PWM驱动信号，所述差分PWM驱动信号通过传输线路分别发送至上桥差分信号转换器和下桥差分信号转换器，所述上桥差分信号转换器的输出端通过上桥驱动电路连接至上桥功率放大器的输入端，所述下桥差分信号转换器的输出端通过下桥驱动电路连接至下桥功率放大器的输入端，所述上桥功率放大器的输出端和下桥功率放大器的输出端均用于连接半桥IGBT模块，所述上桥驱动电路和下桥驱动电路均包括有一个用于连接半桥IGBT模块的过流保护采样端，所述驱动电源的输出端分别连接至上桥驱动电路的电源输入端、上桥功率放大器的电源输入端、下桥驱动电路的电源输入端和下桥功率放大器的电源输入端。
作为本发明一种半桥IGBT驱动模块的具体实施方式，其中上桥差分信号转换器和下桥差分信号转换器采用SN75176双向差分转换器，上桥驱动电路和下桥驱动电路采用带有过流保护、欠压保护功能的HCLP316J驱动集成电路，驱动电源采用基于UC3845的反激式开关电源。
进一步作为优选的实施方式，还包括有信号封锁电路，所述上桥差分信号转换器的输出端和下桥差分信号转换器的输出端均连接至信号封锁电路的输入端，所述信号封锁电路的输出端分别连接至上桥驱动电路的第一控制端和下桥驱动电路的第一控制端。
参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述信号封锁电路包括有依次连接的或非门U7、二极管D2、滤波器和与非门U3，其中滤波器由电阻R19、电阻R20、电容B3组成，所述或非门的输入端分别与上桥差分信号转换器的输出端和下桥差分信号转换器的输出端连接，所述与非门的输出端分别连接至上桥驱动电路的第一控制端和下桥驱动电路的第一控制端。
参照图3差分信号转换器原理图和图4驱动电路以及信号封锁电路原理图，说明其工作原理。
上桥臂驱动差分信号A和B送入上桥差分转换器U4，上桥差分转换器U4输出上桥臂驱动信号CONV_R；上桥驱动电路包括HCPL316J隔离驱动芯片U2，集驱动和保护一体。Vin+经上拉电阻R1接Vcc，驱动信号CONV_R接Vin-。因驱动信号CONV_R并接上拉电阻R2和Vcc，所以IGBT不导通时CONV_R为高。
当IGBT需导通时： Vin-置低，且Reset为高， FAULT为高时，输出Vout为高，使三极管TR1导通，Vout1为+18v高电平，使IGBT导通；当IGBT需关闭时，Vin-置高，输出Vout为低，使三极管TR5导通，Vout1为-10v低电平，使IGBT关闭。
DESAT为短路保护，D1阴极连接到IGBT的C极：当IGBT正常导通，IGBT的Vce压降一般较低，DESAT会置低，DESAT短路保护禁能；当IGBT异常共通时，IGBT的Vce压降较高，DESAT会置高，DESAT短路保护使能，强行把输出Vout置低，使三极管TR5导通，Vout1为-10v低电平，使IGBT关闭。
由于IGBT的驱动延迟问题，增加了另一电路：当Vout为高时，由于IGBT的驱动延迟，DESAT不会立即变低，这时候借助Vout1通过电容C4、三极管Q1来实现。电容C4作为隔直电容，既能在初期使DESAT为低，又能在导通后正常保护，因为此后三极管Q1不再导通。
同理，下桥臂驱动差分信号A和B送入下桥差分转换器U6，下桥差分转换器U6输出下桥臂驱动信号/CONV_R。下桥驱动电路包括有HCPL316J隔离驱动芯片U5，集驱动和保护一体。Vin+经上拉电阻R22接Vcc，驱动信号/CONV_R接Vin-。因驱动信号/CONV_R并接上拉电阻R26和Vcc，所以IGBT不导通时/CONV_R为高。
当IGBT需导通时： Vin-置低，且Reset为高， FAULT为高时，输出Vout为高，使三极管TR9导通，Vout2为+18v高电平，使IGBT导通；当IGBT需关闭时，Vin-置高，输出Vout为低，使三极管TR13导通，Vout2为-10v低电平，使IGBT关闭。
DESAT为短路保护，二极管D4阴极连接到IGBT的C极：当IGBT正常导通，IGBT的Vce压降一般较低，DESAT会置低，DESAT短路保护禁能；当IGBT异常共通时，IGBT的Vce压降较高，DESAT会置高，DESAT短路保护使能，强行把输出Vout置低，使三极管TR13导通，Vout2为-10v低电平，使IGBT关闭。
由于IGBT的驱动延迟问题，增加了另一电路：当Vout为高时，由于IGBT的驱动延迟，DESAT不会立即变低，这时候借助Vout2通过电容C19、三极管Q3来实现。电容C19作为隔直电容，既能在初期使DESAT为低，又能在导通后正常保护，因为此后三极管Q3不再导通。
为防止IGBT上下桥臂共通，增加了信号封锁电路：若上下桥臂驱动信号CONV_R和/CONV_R同时置低（即IGBT上下桥臂共通），从或非门U7输入，则或非门U7输出为高，其中二极管D2、电阻R19、电阻R20、电容B3功能是防止误导通和滤波，然后进入与非门U3的输入端，使与非门U3输出为低，即Reset信号为低，最终使HCPL316J隔离驱动芯片U2停止工作，将Vout置低，使三极管TR5导通，Vout1为-10v低电平，使IGBT关闭。
进一步作为优选的实施方式，还包括有电压检测集成电路，所述驱动电源的输出端VCC还连接至KIA7045电压检测集成电路的1脚输入端，KIA7045电压检测集成电路的3脚输出端连接至下桥和上桥HCLP316J驱动集成电路的RESET复位控制端。当VCC电压低于4.5V时，输出3脚把HCLP316J驱动集成电路的RESET 置低，驱动集成电路输出Vout置低，使IGBT 关闭；当VCC电压高于4.5V，电压检测集成电路的3脚输出端为高电平。具体实施例电路可参照图5。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种半桥IGBT驱动模块，其特征在于：包括有控制模块、上桥差分信号转换器、上桥驱动电路、上桥功率放大器、下桥差分信号转换器、下桥驱动电路、下桥功率放大器和驱动电源，所述控制模块输出差分PWM驱动信号，所述差分PWM驱动信号通过传输线路分别发送至上桥差分信号转换器和下桥差分信号转换器，所述上桥差分信号转换器的输出端通过上桥驱动电路连接至上桥功率放大器的输入端，所述下桥差分信号转换器的输出端通过下桥驱动电路连接至下桥功率放大器的输入端，所述上桥功率放大器的输出端和下桥功率放大器的输出端均用于连接半桥IGBT模块，所述上桥驱动电路和下桥驱动电路均包括有一个用于连接半桥IGBT模块的过流保护采样端，所述驱动电源的输出端分别连接至上桥驱动电路的电源输入端、上桥功率放大器的电源输入端、下桥驱动电路的电源输入端和下桥功率放大器的电源输入端。
2.根据权利要求1所述的一种半桥IGBT驱动模块，其特征在于：还包括有信号封锁电路，所述上桥差分信号转换器的输出端和下桥差分信号转换器的输出端均连接至信号封锁电路的输入端，所述信号封锁电路的输出端分别连接至上桥驱动电路的第一控制端和下桥驱动电路的第一控制端。
3.根据权利要求2所述的一种半桥IGBT驱动模块，其特征在于：所述信号封锁电路包括有依次连接的或非门、二极管、滤波器和与非门，所述或非门的输入端分别与上桥差分信号转换器的输出端和下桥差分信号转换器的输出端连接，所述与非门的输出端分别连接至上桥驱动电路的第一控制端和下桥驱动电路的第一控制端。
4.根据权利要求1或2所述的一种半桥IGBT驱动模块，其特征在于：还包括有电压检测集成电路，所述驱动电源的输出端还连接至电压检测集成电路的输入端，所述电压检测集成电路的输出端分别连接至下桥驱动集成电路的复位控制端和上桥驱动集成电路的复位控制端。
5.根据权利要求1所述的一种半桥IGBT驱动模块，其特征在于：所述上桥差分信号转换器和下桥差分信号转换器采用SN75176双向差分转换器。
6.根据权利要求1所述的一种半桥IGBT驱动模块，其特征在于：所述上桥驱动电路和下桥驱动电路采用带有过流保护、欠压保护功能的HCLP316J驱动集成电路。
7.根据权利要求1所述的一种半桥IGBT驱动模块，其特征在于：所述驱动电源采用基于UC3845的反激式开关电源。
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