CN108448921A - Dc-ac逆变驱动电路 - Google Patents

Dc-ac逆变驱动电路 Download PDF

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CN108448921A CN201810188034.6A CN201810188034A CN108448921A CN 108448921 A CN108448921 A CN 108448921A CN 201810188034 A CN201810188034 A CN 201810188034A CN 108448921 A CN108448921 A CN 108448921A
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江登果
徐盛尚
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Abstract

本发明公开了一种DC‑AC逆变驱动电路，其包括左侧同相信号放大电路、左侧反相信号放大‑地线隔离驱动电路、右侧同相信号放大电路、以及右侧反相信号放大‑地线隔离驱动电路，左侧同相信号放大电路与左下桥臂开关管电连接，左侧反相信号放大‑地线隔离驱动电路与左上桥臂开关管电连接，右侧同相信号放大电路与右下桥臂开关管电连接，右侧反相信号放大‑地线隔离驱动电路与右上桥臂开关管电连接。本发明简单可靠，廉价稳定，可有效防止同侧桥臂开关管共态导通。

Description

DC-AC逆变驱动电路
技术领域
本发明涉及一种DC-AC逆变驱动电路，特别是涉及一种不用通过隔离变压器或专用高速隔离光耦作隔离驱动就能实现驱动DC-AC逆变桥中的上、下桥臂的DC-AC逆变驱动电路，可用于纯正弦逆变和修正正弦逆变的驱动。
背景技术
一般传统的逆变器是由低压直流隔离升压为高压直流，再将高压直流由不共地的四只开关管组成的逆变桥臂逆变成所需的高压交流输出。而其中的逆变桥臂(如图1)由于不共地，所以其上桥臂开关管的驱动通常是用隔离变压器、或专用的隔离驱动芯片、或专用的高速隔离光耦来驱动，这些驱动方式尽管可靠性较高，但是，价格却是相当昂贵，尤其在小功率逆变器(500W及以下)的成本中所占的比重很大，以至于在小功率逆变器中，这些驱动方案很难真正推广开来。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种简单可靠、廉价稳定、可有效防止同侧桥臂开关管共态导通的通用型逆变隔离驱动电路。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种DC-AC逆变驱动电路，其特点在于，其包括左侧同相信号放大电路、左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路、右侧同相信号放大电路、以及右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路，所述左侧同相信号放大电路与左下桥臂开关管电连接，所述左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路与左上桥臂开关管电连接，所述右侧同相信号放大电路与右下桥臂开关管电连接，所述右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路与右上桥臂开关管电连接。
较佳地，所述左侧同相信号放大电路包括第一电压比较器(IC4A)、第一三极管(Q4)、第二三极管(Q2)、第一电阻(R10)、第二电阻(R20)、第三电阻(R25)和第一电容(C5)；
所述第一电压比较器(IC4A)的正输入端接入PWM_L信号、负输入端分别通过第二电阻(R20)电连接5V电压和通过第三电阻(R25)接地(HGND)，所述第一电压比较器(IC4A)的电源端接电源(VCC)、负极端接地(HGND)，所述第一电压比较器(IC4A)的输出端分别与第一三极管(Q4)的基极、第二三极管(Q2)的基极电连接，所述第一三极管(Q4)的基极通过第一电阻(R10)电连接电源(VCC)，所述第一三极管(Q4)的集电极电连接电源(VCC)、发射极分别电连接第二三极管(Q2)的发射极和左下桥臂开关管(Q14)的栅极位置处的Ll端子，所述第二三极管(Q2)的集电极接地，所述第一三极管(Q4)的集电极和第二三极管(Q2)的集电极之间电连接第一电容(C5)。
较佳地，所述左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路包括第一二极管(D2)、第二二极管(D5)、第二电容(C12)、第三电容(C21)、第四电阻(R22)、第五电阻(R14)、第六电阻(R18)、第一场效应管(Q1)、第三三极管(Q3)和第四三极管(Q7)；
所述第二二极管(D5)的阳极和第四电阻(R22)的一端均接入PWM_L信号，所述第二二极管(D5)的阴极和第四电阻(R22)的另一端电连接，所述第二二极管(D5)的阴极通过第三电容(C21)接地(HGND)，所述第四电阻(R22)的另一端通过第五电阻(R14)接地(HGND)，所述第一场效应管(Q1)的栅极与第四电阻(R22)的另一端电连接、漏极接地(HGND)、源极分别电连接第三三极管(Q3)的基极、第四三极管(Q7)的基极和通过第六电阻(R18)电连接第一二极管(D2)的阴极，所述第一二极管(D2)的阳极接电源(VCC)，所述第三三极管(Q3)的集电极电连接第六电阻(R18)、发射极分别电连接第四三极管(Q7)的发射极和左上桥臂开关管(Q12)的栅极位置处的Lh端子，所述第四三极管(Q7)的集电极电连接左上桥臂开关管(Q12)和左下桥臂开关管(Q14)之间的LM端子，所述第一二极管(D2)的阴极通过第二电容(C12)电连接LM端子。
较佳地，所述右侧同相信号放大电路包括第二电压比较器(IC4B)、第五三极管(Q9)、第六三极管(Q8)、第七电阻(R1)、第八电阻(R11)、第九电阻(R16)和第四电容(C9)；
所述第二电压比较器(IC4B)的正输入端接入PWM_R信号、负输入端分别通过第七电阻(R1)电连接5V电压和通过第八电阻(R11)接地(HGND)，所述第二电压比较器(IC4B)的输出端分别与第五三极管(Q9)的基极、第六三极管(Q8)的基极电连接，所述第五三极管(Q9)的基极通过第九电阻(R16)电连接电源(VCC)，所述第五三极管(Q9)的集电极电连接电源(VCC)、发射极分别电连接第六三极管(Q8)的发射极和右下桥臂开关管(Q17)的栅极位置处的Rl端子，所述第六三极管(Q8)的集电极接地，所述第五三极管(Q9)的集电极和第六三极管(Q8)的集电极之间电连接第四电容(C9)。
较佳地，所述右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路包括第三二极管(D1)、第四二极管(D6)、第五电容(C3)、第六电容(C22)、第十电阻(R12)、第十一电阻(R6)、第十二电阻(R13)、第二场效应管(Q11)、第七三极管(Q10)和第八三极管(Q13)；
所述第四二极管(D6)的阳极和第十电阻(R12)的一端均接入PWM_R信号，所述第四二极管(D6)的阴极和第十电阻(R12)的另一端电连接，所述第四二极管(D6)的阴极通过第六电容(C22)接地(HGND)，所述第十电阻(R12)的另一端通过第十一电阻(R6)接地(HGND)，所述第二场效应管(Q11)的栅极与第十电阻(R12)的另一端电连接、漏极接地(HGND)、源极分别电连接第七三极管(Q10)的基极、第八三极管(Q13)的基极和通过第十二电阻(R13)电连接第三二极管(D1)的阴极，所述第三二极管(D1)的阳极接电源(VCC)，所述第七三极管(Q10)的集电极电连接第十二电阻(R13)、发射极分别电连接第八三极管(Q13)的发射极和右上桥臂开关管(Q16)的栅极位置处的Rh端子，所述第八三极管(Q13)的集电极电连接右上桥臂开关管(Q16)和右下桥臂开关管(Q17)之间的RM端子，所述第三二极管(D1)的阴极通过第五电容(C3)电连接RM端子。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明不用通过隔离变压器或专用高速隔离光耦作隔离驱动就能实现驱动DC-AC逆变桥中的上、下桥臂，本发明简单可靠，廉价稳定，可有效防止同侧桥臂开关管共态导通。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的不共地的逆变桥臂的电路图。
图2为本发明较佳实施例的左侧同相信号放大电路的电路原理图。
图3为本发明较佳实施例的左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路的电路原理图。
图4为本发明较佳实施例的右侧同相信号放大电路的电路原理图。
图5为本发明较佳实施例的右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路的电路原理图。
图6为本发明较佳实施例的PWM_L信号与实际驱动时序图。
图7为本发明较佳实施例的PWM_R信号与实际驱动时序图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，本实施例提供一种DC-AC逆变驱动电路，其包括左侧同相信号放大电路(见图2)、左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路(见图3)、右侧同相信号放大电路(见图4)、以及右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路(见图5)，所述左侧同相信号放大电路与左下桥臂开关管电连接，所述左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路与左上桥臂开关管电连接，所述右侧同相信号放大电路与右下桥臂开关管电连接，所述右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路与右上桥臂开关管电连接。
具体地，如图2所示，所述左侧同相信号放大电路包括第一电压比较器IC4A、第一三极管Q4、第二三极管Q2、第一电阻R10、第二电阻R20、第三电阻R25和第一电容C5。
所述第一电压比较器IC4A的正输入端接入PWM_L信号、负输入端分别通过第二电阻R20电连接5V电压和通过第三电阻R25接地HGND，所述第一电压比较器IC4A的电源端接电源VCC、负极端接地HGND，所述第一电压比较器IC4A的输出端分别与第一三极管Q4的基极、第二三极管Q2的基极电连接，所述第一三极管Q4的基极通过第一电阻R10电连接电源VCC，所述第一三极管Q4的集电极电连接电源VCC、发射极分别电连接第二三极管Q2的发射极和左下桥臂开关管Q14的栅极位置处的Ll端子，所述第二三极管Q2的集电极接地，所述第一三极管Q4的集电极和第二三极管Q2的集电极之间电连接第一电容C5。
左侧同相信号放大电路主要由一个电压比较器IC4A和由一对三极管Q2、Q4组成的图腾柱组成，PWM_L信号送入电压比较器IC4A进行电压幅值放大后，送至由三极管Q2、Q4组成的图腾柱进行驱动能力放大之后，送至左下桥臂驱动Q14，左侧同相信号放大电路将幅值较低驱动能力较弱的PWM信号同步放大至幅值较高驱动能力较强的驱动信号驱动左下桥臂开关管Q14。
如图3所示，所述左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路包括第一二极管D2、第二二极管D5、第二电容C12、第三电容C21、第四电阻R22、第五电阻R14、第六电阻R18、第一场效应管Q1、第三三极管Q3和第四三极管Q7。
所述第二二极管D5的阳极和第四电阻R22的一端均接入PWM_L信号，所述第二二极管D5的阴极和第四电阻R22的另一端电连接，所述第二二极管D5的阴极通过第三电容C21接地HGND，所述第四电阻R22的另一端通过第五电阻R14接地HGND，所述第一场效应管Q1的栅极与第四电阻R22的另一端电连接、漏极接地HGND、源极分别电连接第三三极管Q3的基极、第四三极管Q7的基极和通过第六电阻R18电连接第一二极管D2的阴极，所述第一二极管D2的阳极接电源VCC，所述第三三极管Q3的集电极电连接第六电阻R18、发射极分别电连接第四三极管Q7的发射极和左上桥臂开关管Q12的栅极位置处的Lh端子，所述第四三极管Q7的集电极电连接左上桥臂开关管Q12和左下桥臂开关管Q14之间的LM端子，所述第一二极管D2的阴极通过第二电容C12电连接LM端子。
左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路主要由二极管D5、电容C21、场效应管Q1以及一对三极管Q3、Q7组成的图腾柱组成，PWM_L信号同时经二极管D5、电阻R22、电容C21、电阻R14送至场效应管Q1进行相位变换和幅值放大后，送至由三极管Q3、Q7组成的图腾柱进行驱动能力放大之后，送至左侧上桥臂驱动Q12。左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路将幅值较低驱动能力较弱的PWM信号，反相并放大至幅值较高驱动能力较强的驱动信号，同时有效隔离地线，用以驱动左上桥臂开关管Q12。
如图4所示，所述右侧同相信号放大电路包括第二电压比较器IC4B、第五三极管Q9、第六三极管Q8、第七电阻R1、第八电阻R11、第九电阻R16和第四电容C9。
所述第二电压比较器IC4B的正输入端接入PWM_R信号、负输入端分别通过第七电阻R1电连接5V电压和通过第八电阻R11接地HGND，所述第二电压比较器IC4B的输出端分别与第五三极管Q9的基极、第六三极管Q8的基极电连接，所述第五三极管Q9的基极通过第九电阻R16电连接电源VCC，所述第五三极管Q9的集电极电连接电源VCC、发射极分别电连接第六三极管Q8的发射极和右下桥臂开关管Q17的栅极位置处的Rl端子，所述第六三极管Q8的集电极接地，所述第五三极管Q9的集电极和第六三极管Q8的集电极之间电连接第四电容C9。
PWM_R信号送入电压比较器IC4B进行电压幅值放大后，送至由三极管Q8、Q9组成的图腾柱进行驱动能力放大之后，送至右侧下桥臂驱动Q17。
如图5所示，所述右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路包括第三二极管D1、第四二极管D6、第五电容C3、第六电容C22、第十电阻R12、第十一电阻R6、第十二电阻R13、第二场效应管Q11、第七三极管Q10和第八三极管Q13。
所述第四二极管D6的阳极和第十电阻R12的一端均接入PWM_R信号，所述第四二极管D6的阴极和第十电阻R12的另一端电连接，所述第四二极管D6的阴极通过第六电容C22接地HGND，所述第十电阻R12的另一端通过第十一电阻R6接地HGND，所述第二场效应管Q11的栅极与第十电阻R12的另一端电连接、漏极接地HGND、源极分别电连接第七三极管Q10的基极、第八三极管Q13的基极和通过第十二电阻R13电连接第三二极管D1的阴极，所述第三二极管D1的阳极接电源VCC，所述第七三极管Q10的集电极电连接第十二电阻R13、发射极分别电连接第八三极管Q13的发射极和右上桥臂开关管Q16的栅极位置处的Rh端子，所述第八三极管Q13的集电极电连接右上桥臂开关管Q16和右下桥臂开关管Q17之间的RM端子，所述第三二极管D1的阴极通过第五电容C3电连接RM端子。
PWM_R信号同时经二极管D6、电阻R12、电容C22、电阻R6送至场效应管Q11进行相位变换和幅值放大后，送至由三极管Q10、Q13组成的图腾柱进行驱动能力放大之后，送至右侧上桥臂驱动Q16。
本实施例的驱动电路，将前端来的PWM信号同时送入同相信号放大电路与反相信号放大-地线隔离驱动电路，进行时序变换、信号放大、地线隔离处理后，送至桥臂驱动开关管。
本实施例可有效的使PWM信号波形按照需求进行幅值和驱动能力的放大并使放大后的波形上升沿自然后延，以形成驱动所需的死区(图6、图7)。电路中电阻R10、电阻R14、电阻R22、二极管D5、电容C21和电阻R16、电阻R12、电阻R6、二极管D6、电容C22分别实现左右桥臂驱动信号中死区的自然形成。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种DC-AC逆变驱动电路，其特征在于，其包括左侧同相信号放大电路、左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路、右侧同相信号放大电路、以及右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路，所述左侧同相信号放大电路与左下桥臂开关管电连接，所述左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路与左上桥臂开关管电连接，所述右侧同相信号放大电路与右下桥臂开关管电连接，所述右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路与右上桥臂开关管电连接。
2.如权利要求1所述的DC-AC逆变驱动电路，其特征在于，所述左侧同相信号放大电路包括第一电压比较器(IC4A)、第一三极管(Q4)、第二三极管(Q2)、第一电阻(R10)、第二电阻(R20)、第三电阻(R25)和第一电容(C5)；
所述第一电压比较器(IC4A)的正输入端接入PWM_L信号、负输入端分别通过第二电阻(R20)电连接5V电压和通过第三电阻(R25)接地(HGND)，所述第一电压比较器(IC4A)的电源端接电源(VCC)、负极端接地(HGND)，所述第一电压比较器(IC4A)的输出端分别与第一三极管(Q4)的基极、第二三极管(Q2)的基极电连接，所述第一三极管(Q4)的基极通过第一电阻(R10)电连接电源(VCC)，所述第一三极管(Q4)的集电极电连接电源(VCC)、发射极分别电连接第二三极管(Q2)的发射极和左下桥臂开关管(Q14)的栅极位置处的Ll端子，所述第二三极管(Q2)的集电极接地，所述第一三极管(Q4)的集电极和第二三极管(Q2)的集电极之间电连接第一电容(C5)。
3.如权利要求1所述的DC-AC逆变驱动电路，其特征在于，所述左侧反相信号放大-地线隔离驱动电路包括第一二极管(D2)、第二二极管(D5)、第二电容(C12)、第三电容(C21)、第四电阻(R22)、第五电阻(R14)、第六电阻(R18)、第一场效应管(Q1)、第三三极管(Q3)和第四三极管(Q7)；
所述第二二极管(D5)的阳极和第四电阻(R22)的一端均接入PWM_L信号，所述第二二极管(D5)的阴极和第四电阻(R22)的另一端电连接，所述第二二极管(D5)的阴极通过第三电容(C21)接地(HGND)，所述第四电阻(R22)的另一端通过第五电阻(R14)接地(HGND)，所述第一场效应管(Q1)的栅极与第四电阻(R22)的另一端电连接、漏极接地(HGND)、源极分别电连接第三三极管(Q3)的基极、第四三极管(Q7)的基极和通过第六电阻(R18)电连接第一二极管(D2)的阴极，所述第一二极管(D2)的阳极接电源(VCC)，所述第三三极管(Q3)的集电极电连接第六电阻(R18)、发射极分别电连接第四三极管(Q7)的发射极和左上桥臂开关管(Q12)的栅极位置处的Lh端子，所述第四三极管(Q7)的集电极电连接左上桥臂开关管(Q12)和左下桥臂开关管(Q14)之间的LM端子，所述第一二极管(D2)的阴极通过第二电容(C12)电连接LM端子。
4.如权利要求1所述的DC-AC逆变驱动电路，其特征在于，所述右侧同相信号放大电路包括第二电压比较器(IC4B)、第五三极管(Q9)、第六三极管(Q8)、第七电阻(R1)、第八电阻(R11)、第九电阻(R16)和第四电容(C9)；
所述第二电压比较器(IC4B)的正输入端接入PWM_R信号、负输入端分别通过第七电阻(R1)电连接5V电压和通过第八电阻(R11)接地(HGND)，所述第二电压比较器(IC4B)的输出端分别与第五三极管(Q9)的基极、第六三极管(Q8)的基极电连接，所述第五三极管(Q9)的基极通过第九电阻(R16)电连接电源(VCC)，所述第五三极管(Q9)的集电极电连接电源(VCC)、发射极分别电连接第六三极管(Q8)的发射极和右下桥臂开关管(Q17)的栅极位置处的Rl端子，所述第六三极管(Q8)的集电极接地，所述第五三极管(Q9)的集电极和第六三极管(Q8)的集电极之间电连接第四电容(C9)。
5.如权利要求1所述的DC-AC逆变驱动电路，其特征在于，所述右侧反相信号放大-地线隔离驱动电路包括第三二极管(D1)、第四二极管(D6)、第五电容(C3)、第六电容(C22)、第十电阻(R12)、第十一电阻(R6)、第十二电阻(R13)、第二场效应管(Q11)、第七三极管(Q10)和第八三极管(Q13)；
所述第四二极管(D6)的阳极和第十电阻(R12)的一端均接入PWM_R信号，所述第四二极管(D6)的阴极和第十电阻(R12)的另一端电连接，所述第四二极管(D6)的阴极通过第六电容(C22)接地(HGND)，所述第十电阻(R12)的另一端通过第十一电阻(R6)接地(HGND)，所述第二场效应管(Q11)的栅极与第十电阻(R12)的另一端电连接、漏极接地(HGND)、源极分别电连接第七三极管(Q10)的基极、第八三极管(Q13)的基极和通过第十二电阻(R13)电连接第三二极管(D1)的阴极，所述第三二极管(D1)的阳极接电源(VCC)，所述第七三极管(Q10)的集电极电连接第十二电阻(R13)、发射极分别电连接第八三极管(Q13)的发射极和右上桥臂开关管(Q16)的栅极位置处的Rh端子，所述第八三极管(Q13)的集电极电连接右上桥臂开关管(Q16)和右下桥臂开关管(Q17)之间的RM端子，所述第三二极管(D1)的阴极通过第五电容(C3)电连接RM端子。
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