CN109474166A - 一种灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子器件技术，具体涉及一种灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路，包括驱动电流模块、隔离模块、调整正负压驱动模块；驱动电流模块用于接收互补PWM信号，并对其进行放大，输出驱动信号；隔离模块用于接收驱动信号，且进行原副边隔离和同一桥臂不同功率开关器件的隔离；调整正负压驱动模块用于根据所要驱动的功率开关器件选择合适的开通电压和关断电压，将所接收的驱动信号调整到设计电压以驱动开关器件。该驱动电路解决了不同的功率器件，需要对应不同的驱动电路从而增加设计和生产成本的问题；实现了不同的功率开关器件使用一种驱动电路，降低了设计和生产成本。
Description
技术领域
本发明属于电力电子器件技术领域，尤其涉及一种灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路。
背景技术
随着电力电子器件的发展，
IGBT/COOLMOSFET/SICMOSFET/GANMOSFET等功率开关器件的开关频率由以前的几KHZ到现在的几兆HZ；功率器件开关频率的提高，减小了磁芯器件的体积、降低了输出电容的容值，为产品小型化和高功率密度提供了技术支持，大大加速了电力电子产品小型化和高功率密度的发展趋势。
1)由于功率器件本身的差异性，对驱动有不同的要求：
2)对开通电压和关断电压的要求；
3)驱动互补PWM波形，互补PWM一般不共地，需要进行隔离驱动；
4)产生PWM波的芯片，一般与功率器件有绝缘耐压要求，需要隔离；
5)开关频率的提高对驱动电路的传输延迟时间要严格的要求。
综上所述，不同的功率器件，需要对应不同的驱动电路；不同的驱动电路，增加了设计和生产成本。
①需要设计多种驱动电路以满足不同的功率器件驱动要求，使设计和后期调试工作增加并且电路越多越容易出现错误；
②多种驱动电路需要的物料种类变多，使物料采购变复杂，后期的生产和物料储备变多，增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于各种开关管的驱动电路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路，包括驱动电流模块、隔离模块、调整正负压驱动模块；驱动电流模块用于接收互补PWM信号，并对其进行放大，输出驱动信号；隔离模块用于接收驱动信号，且进行原副边隔离和同一桥臂不同功率开关器件的隔离；调整正负压驱动模块用于根据所要驱动的功率开关器件选择合适的开通电压和关断电压，将所接收的驱动信号调整到设计电压以驱动开关器件。
在上述的灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路中，驱动电流模块包括主驱动电流芯片U8，与主驱动电流芯片U8连接的限流电阻R146、R55、R147、R56、R131，隔直电容C60、C86，以及嵌位二极管D8、D14；隔离模块包括隔离驱动变压器T5，隔离驱动变压器T5原边的一端通过隔直电容C86和限流电阻R131连接U8，隔离驱动变压器T5原边另一端分别连接U8和嵌位二极管D14；调整正负压驱动模块包括调整正负压驱动电路，该电路包括2个对称的桥臂，上桥臂包括电阻R73、R156、R53，电容C83、C37，稳压管D66、D68、D69、D70，二极管D35、D43、D65、D67，MOSFETQ20，PNP三极管Q23；下桥臂包括电阻R75、R160、R48，电容C85、C35，稳压管D72、D74、D75、D76，二极管D36、D71、D73、D1，MOSFETQ18，PNP三极管Q24；2个桥臂输入端分别与隔离驱动变压器T5副边连接；A信号为正，B信号为0时，上桥臂信号首先通过限流电阻R146、R55到驱动电流芯片U8，驱动电流芯片U8输出信号通过嵌位二极管D8、D14、限流电阻R131和隔直电容C86系列电路来提高驱动能力，然后通过隔离变压器T5将信号进行隔离，最后PWM通过二极管D35、电阻R53、稳压管D66、电容C83、二极管D65直接驱动开关器件，其中驱动电压为供电电压VCC减去稳压管D66的稳压电压，通过调整稳压管D66的型号，来调整器件的开通电压；A信号为0，B信号为正时，上桥臂信号首先通过限流电阻R147、R56到驱动电流芯片U8，驱动电流芯片U8输出信号通过嵌位二极管D8、D14、限流电阻R131和隔直电容C86系列电路提高驱动能力，然后通过隔离变压器T5将信号进行隔离，最后PWM通过稳压管D68、MOSFETQ20、电阻R73形成回路，使PWM信号无法作用在MOSFETQ20上，电容C83、功率器件、二极管D43形成回路，电容C83上的电压开始给MOSFETQ20提供一个反向电压，使MOSFETQ20快速关断，反向电压的大小为稳压管D66的稳压电压。
本发明的有益效果：解决了由于功率器件本身的差异性，对驱动有不同的要求，使驱动电路单一。通过调整驱动电路上的稳压管来产生不同的正负驱动电压，由于隔离电路的存在使原副边及同一桥臂上下功率开关器件进行隔离驱动，同时主驱动电流模块增大驱动能力以满足不同驱动能力的要求，使不同的功率开关器件使用一种驱动电路，从而降低了设计和生产(物料采购及存储)成本。
附图说明
图1(a)为本发明一个实施例灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路图；
图1(b)为本发明一个实施例灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路驱动电流模块和隔离模块放大图；
图1(c)为本发明一个实施例灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路调整正负压驱动模块放大图；
图2为本发明一个实施例现有的IGBT驱动电路；
图3为本发明一个实施例现有的COOLMOSFET驱动电路；
图4为本发明一个实施例现有的SICMOSFET和GANMOSFET驱动电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
如图1(a)所示，本实施例提供一种灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路，该电路包括驱动电流模块、隔离模块、调整正负压驱动模块。驱动电流模块采用一个主驱动电流芯片、一个隔离驱动变压器、调整正负压驱动电路；当互补PWM信号经过主驱动电流芯片提高驱动能力后，经过隔离驱动变压器使原副边及同一桥臂的上下管驱动进行隔离，最后通过调整正负压驱动电路，以满足不同功率开关器件开通电压和关断电压的要求，即达到以一种驱动电路满足不同功率开关器件的驱动要求。
第一部分驱动电流模块：限流电阻、主驱动电流芯片、隔直电容、嵌位二极管。第二部分隔离模块：隔离驱动变压器，第三部分调整正负压驱动模块：电阻、电容、稳压管、二极管、MOSFET、PNP三极管。
工作原理为第一部分驱动电流模块接收到互补PWM波形，经过本身电路对信号进行放大，以提高其驱动能力；第二部分隔离模块接收到经过放大的驱动信号，通过本身电路进行原副边隔离和同一桥臂不同功率开关器件的隔离；第三部分调整正负压驱动模块，根据所要驱动的功率开关器件选择合适的开通电压和关断电压，当接收到驱动信号后，把驱动信号调整到设计电压以便驱动开关器件。
如图1(b)所示，驱动电流模块包括主驱动电流芯片U8，与主驱动电流芯片U8连接的限流电阻R146、R55、R147、R56、R131，隔直电容C60、C86，以及嵌位二极管D8、D14；隔离模块包括隔离驱动变压器T5，隔离驱动变压器T5原边的一端通过隔直电容C86和限流电阻R131连接U8，隔离驱动变压器T5原边另一端分别连接U8和嵌位二极管D14；如图1(c)所示，调整正负压驱动模块包括调整正负压驱动电路，该电路包括2个对称的桥臂，上桥臂包括电阻R73、R156、R53，电容C83、C37，稳压管D66、D68、D69、D70，二极管D35、D43、D65、D67，MOSFETQ20，PNP三极管Q23；下桥臂包括电阻R75、R160、R48，电容C85、C35，稳压管D72、D74、D75、D76，二极管D36、D71、D73、D1，MOSFETQ18，PNP三极管Q24；2个桥臂输入端分别与隔离驱动变压器T5副边连接。
(1)当A信号为正，B信号为0时，先经过驱动电流模块限流电阻R146、R55到驱动电流芯片U8，驱动电流芯片U8输出的信号通过嵌位二极管D8、D14，经过限流电阻R131和隔直电容C86一系列电路来提高电路的驱动能力，然后通过隔离模块的隔离变压器T5将信号进行隔离，最后PWM通过调整正负压驱动模块的二极管D35、电阻R53、稳压管D66、电容C83、二极管D65直接驱动开关器件，其中驱动电压为供电电压VCC减去稳压管D66的稳压电压，通过调整稳压管D66的型号，来调整开关器件的开通电压。
(2)当A信号为0，B信号为正时，先经过驱动电流模块的限流电阻R147、R56到驱动电流芯片U8，驱动电流芯片U8输出的信号通过嵌位二极管D8、D14，经过限流电阻R131和隔直电容C86一系列电路来提高电路的驱动能力，然后通过隔离模块的隔离变压器T5将信号进行隔离，最后PWM通过调整正负压驱动模块的稳压管D68、MOSFETQ20、电阻R73形成回路，使PWM信号无法作用在开关器件上，此时电容C83、功率器件、二极管D43形成回路，电容C83上的电压开始给开关器件提供了一个反向电压使开关器件快速关断，此反向电压的大小为稳压管D66的稳压电压。
通过分析图2、图3、图4，发现不同的功率开关器件的驱动电路虽然都有所不同，但是均包含三部分电路：隔离模块、开关器件的开通电压和关断电压、驱动电流模块。
如图2所示，分析IGBT驱动电路，通过隔离电压转换模块把原边电压转换成所需要的驱动电压，驱动信号经过驱动模块驱动IGBT。从电路上可以看出驱动一个桥臂的IGBT需要2个驱动模块和一个双路隔离电压转换模块；此电路图在开通电压(正压)与关断电压(负压)不相等；
如图3所示，分析COOLMOSFET驱动电路，通过主驱动电流模块和信号放大传输给隔离变压器，驱动COOLMOSFET。从电路上可以看出驱动一个桥臂的COOLMOSFET需要一个驱动IC和一个隔离驱动变压器；此电路图在开通电压(正压)与关断电压(负压)相等；
如图4所示，分析SIC/GANMOSFET驱动电路，通过隔离电压转换模块把原边电压转换成所需要的驱动电压，驱动信号经过隔离驱动光耦后驱动
SIC/GANMOSFET。从电路图上可以看出驱动一个桥臂的SIC/GANMOSFET需要2个隔离电压转换模块和2个隔离驱动光耦；此电路图在开通电压(正压)与关断电压(负压)不相等；
通过对图1(a)、图2、图3、图4的分析，对比发现图1(a)的驱动功能可以完全替代图2、图3、图4，并且可以随意调整正负压，电路简单，适用于各种功率开关管。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (2)
1.一种灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路，其特征是，包括驱动电流模块、隔离模块、调整正负压驱动模块；驱动电流模块用于接收互补PWM信号，并对其进行放大，输出驱动信号；隔离模块用于接收驱动信号，且进行原副边隔离和同一桥臂不同功率开关器件的隔离；调整正负压驱动模块用于根据所要驱动的功率开关器件选择合适的开通电压和关断电压，将所接收的驱动信号调整到设计电压以驱动开关器件。
2.如权利要求1所述的灵活调整正负压适用于各种开关管的驱动电路，其特征是，驱动电流模块包括主驱动电流芯片U8，与主驱动电流芯片U8连接的限流电阻R146、R55、R147、R56、R131，隔直电容C60、C86，以及嵌位二极管D8、D14；隔离模块包括隔离驱动变压器T5，隔离驱动变压器T5原边的一端通过隔直电容C86和限流电阻R131连接U8，隔离驱动变压器T5原边另一端分别连接U8和嵌位二极管D14；调整正负压驱动模块包括调整正负压驱动电路，该电路包括2个对称的桥臂，上桥臂包括电阻R73、R156、R53，电容C83、C37，稳压管D66、D68、D69、D70，二极管D35、D43、D65、D67，MOSFETQ20，PNP三极管Q23；下桥臂包括电阻R75、R160、R48，电容C85、C35，稳压管D72、D74、D75、D76，二极管D36、D71、D73、D1，MOSFETQ18，PNP三极管Q24；2个桥臂输入端分别与隔离驱动变压器T5副边连接；A信号为正，B信号为0时，上桥臂信号首先通过限流电阻R146、R55到驱动电流芯片U8，驱动电流芯片U8输出信号通过嵌位二极管D8、D14、限流电阻R131和隔直电容C86系列电路来提高驱动能力，然后通过隔离变压器T5将信号进行隔离，最后PWM通过二极管D35、电阻R53、稳压管D66、电容C83、二极管D65直接驱动开关器件，其中驱动电压为供电电压VCC减去稳压管D66的稳压电压，通过调整稳压管D66的型号，来调整器件的开通电压；A信号为0，B信号为正时，上桥臂信号首先通过限流电阻R147、R56到驱动电流芯片U8，驱动电流芯片U8输出信号通过嵌位二极管D8、D14、限流电阻R131和隔直电容C86系列电路提高驱动能力，然后通过隔离变压器T5将信号进行隔离，最后PWM通过稳压管D68、MOSFETQ20、电阻R73形成回路，使PWM信号无法作用在MOSFETQ20上，电容C83、功率器件、二极管D43形成回路，电容C83上的电压开始给MOSFETQ20提供一个反向电压，使MOSFETQ20快速关断，反向电压的大小为稳压管D66的稳压电压。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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