CN109889027A - 用于电能质量治理装置的igbt驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，包括驱动板供电电源模块、PWM触发信号产生电路模块、钳位保护电路模块和IGBT驱动信号产生电路模块，其中驱动板供电电源模块分别与所述其他电路模块电路连接，用于提供电源功能；所述PWM触发信号产生电路模块及钳位保护电路模块分别与IGBT驱动信号产生电路模块连接，其中PWM触发信号产生电路模块用于产生PWM触发信号，钳位保护电路模块用于生成IGBT钳位保护信号，IGBT驱动信号产生电路模块用于生成IGBT驱动信号。本发明能够实现IGBT的快速、可靠关断和钳位保护。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及一种用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路。
背景技术
目前，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
电能质量治理装置内功率板通过驱动板来控制IGBT，IGBT的有效开断直接影响电能质量治理装置的功能。目前国内电能质量治理装置内的IGBT驱动电路多采用CONCEPT驱动板，该驱动板价格昂贵，不易购买，电路复杂。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：设计提供一种能够可靠关断的IGBT控制电路，实现对IGBT的多重保护，大幅度降低IGBT关断时间，进而减少元器件损耗。
本发明的技术方案是：
一种用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，其特征在于，包括驱动板供电电源模块20、PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50；所述驱动板供电电源模块20分别与PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块电路50连接，所述PWM触发信号产生电路模块30及钳位保护电路模块40分别与IGBT驱动信号产生电路模块50连接，其中，
所述驱动板供电电源模块20，用于向PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50提供电源功能；
所述PWM触发信号产生电路模块30，用于产生PWM触发信号，并将其输送至IGBT驱动信号产生电路50；
所述钳位保护电路模块40，用于接受IGBT送来的有源钳位信号，输出钳位保护信号到IGBT驱动信号产生电路模块50，用于对IGBT模块的保护；
所述IGBT驱动信号产生电路模块50，生成IGBT驱动信号，输出用于驱动IGBT模块。
优选地，所述驱动板供电电源模块20包括供电电源模块21和供电电源模块22，其中供电电源模块21包括1个电源模块1，供电电源模块22包括1或2个电源模块2。
优选地，所述电源模块1由芯片U1：IR2085SM自振荡100V半桥驱动器芯片，二极管D6，MOSFET管Q3、Q4，D4615-X054脉冲变压器TX3，开关二极管D4、D5、D7、D8，肖特基二极管D37、D38及外围电阻、电容电路组成；所述电源模块2由两个TL431稳压二极管，一个三极管3904SM及外围电阻、电容电路组成。
优选地，本发明用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，包括一个驱动板供电电源模块20、两个PWM触发信号产生电路模块30、两个钳位保护电路模块40和两个IGBT驱动信号产生电路模块50，分别输出驱动两路IGBT模块。
优选地，所述PWM触发信号产生电路模块30由U2A、U2D、U2E、U2F、U5A、U5B六反相施密特触发器74ACT14SM，U12A、U12B、U12C、U12D、U12E、U12F六反相施密特触发器74HC14SM，三极管3906SMQ9，MOSFET管Q13、Q14、Q19 7002SM，隔离变压器D4615-X054以及外围电阻、电容电路组成；所述钳位保护电路模块40由六反相施密特触发器U5C 74ACT14及外围电阻电路组成；所述IGBT驱动信号产生电路模块50由MOSFET驱动器U3ISL6207、MOSFET管Q6、Q11及外围电路组成。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
(1)提供一种用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，能够实现IGBT的可靠关断；
(2)通过设计钳位保护电路模块，用于接受IGBT送来的有源钳位信号，输出钳位保护信号到IGBT驱动信号产生电路模块，用于保护IGBT模块，避免IGBT受到集射过电压而损坏。
(3)大幅度降低IGBT关断时间，进而减少元器件损耗。
附图说明
图1为本发明用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路实施例的电路框图；
图2为本发明中供电电源模块21实施例的电路原理图；
图3为本发明中供电电源模块22其中一路供电电源模块2实施例的电路原理图；
图4为本发明中供电电源模块22中另一路供电电源模块2实施例的电路原理图；
图5本发明中PWM触发信号产生电路模块30实施例的电路原理图；
图6为本发明中IGBT驱动信号产生电路模块50实施例的电路原理图；
图7为本发明中钳位保护电路模块40实施例的电路原理图。
附图标号说明：
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明设计提供一种用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，用于驱动IGBT的可靠导通和关断，实现对IGBT的钳位等保护。
参照图1，在本发明实施例中，该IGBT驱动电路包括驱动板供电电源模块20、PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50。
具体地，所述驱动板供电电源模块20分别与PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50电路连接提供电源功能，所述PWM触发信号产生电路模块30输出端及钳位保护电路模块40输出端分别与IGBT驱动信号产生电路模块50输入端连接，IGBT驱动信号产生电路模块50输出端与电能质量治理装置功率板上的IGBT模块连接，IGBT模块通过采集电压检测信号，输出钳位保护信号与钳位保护电路模块40输入端连接。
本实施例中，驱动板供电电源模块20，包括供电电源模块21和供电电源模块22，用于向PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50分别提供电源功能；其中供电电源模块21由电源模块1组成，供电电源模块22由一路或两路相同的电源模块2组成；
所述PWM触发信号产生电路模块30，用于产生PWM触发信号，并将其信号输送至IGBT驱动信号产生电路50；
所述钳位保护电路模块40，用于接受IGBT送来的有源钳位信号，输出钳位保护信号到IGBT驱动信号产生电路模块50，实现对IGBT模块的保护；
所述IGBT驱动信号产生电路模块50，输入接收PWM触发信号产生电路模块30产生的PWM触发信号和钳位保护电路模块40送来的钳位保护信号，生成IGBT驱动信号+15V、-15V高低电平，输出用于驱动IGBT模块。
本实施例的驱动板供电电源模块20主要为驱动板各芯片提供电源功能，保证供电电源模块21中电源模块1的输出VBOOST1与GH1端、VBOOST2与GH2端的电压为4-5伏，输出VISO1与COM1端、VISO2与COM2端的电压分别为20伏。
作为本发明的实施例，供电电源模块21的实现方式参照图2，供电电源模块22的实现方式参照图3与图4。
在图2中，供电电源模块21由电源模块1组成。电源模块1主要由芯片U1：IR2085SM自振荡100V半桥驱动器芯片，二极管D6，金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q3、Q4，D4615-X054脉冲变压器TX3，开关二极管D4、D5、D7、D8，肖特基二极管D37、D38及外围电阻、电容电路组成。其中芯片IR2085SM振荡RC分别选用20K和100P，振荡频率90KHz左右，其引脚5供电电源VCC为15伏，集成了50％占空比振荡器，具有外部可调节的频率和死区时间以用于电能质量治理应用需求，+15伏电压通过二极管D5对芯片IR2085SM引脚8进行使能，芯片IR2085SM的HO引脚输出高电平+0.3伏，LO引脚输出低电平-0.3伏，VS为基准电平0伏。+15V电压经过MOSFET管Q3、Q4产生+15V、-15V脉冲信号，该信号经过D4615-X054脉冲驱动变压器TX3与肖特基二极管D37、D38后产生VBOOST1与GH1、VBOOST2与GH2两端的电压4-5V，经过D4、D5、D7、D8开关二极管后产生VISO1与COM1、VISO2与COM2两端的电压20V。图中可以看出，电源模块1可以实现两路电源输出，第一路包括VISO1与COM1端电压20伏以及VBOOST1与GH1端电压4-5伏，第二路包括VISO2与COM2端电压20伏以及VBOOST2与GH2端电压4-5伏。
图3是供电电源模块22其中一路电源模块2实施例的结构示意图，由两个稳压二极管TL431即电压基准芯片U7、U8，三极管Q5 3904SM及外围电阻、电容电路组成。其输入从供电电源模块1引入VISO1与COM1之间端电压20V，其中U7、U8电压基准芯片TL431为三端可调分流基准源，其输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。电源输入端为VISO1、COM1，输出端VDD1电压为+5伏，可供驱动板上一路IGBT驱动电路各个芯片供电。其中Q5三极管3904SM引脚1接至U8稳压三极管TL431的C引脚，Q5三极管3904SM引脚2接至电压输出端VDD1，Q5三极管3904SM引脚3接至电压输出端VE1。分压电阻R2、R3分别为51K、10K，根据Vref＝2.5V,VISO1、VE1两端输出15V；分压电阻R4、R6分别为10K、10K，Vref＝2.5V，VDD1、COM1两端输出电压5伏。
图4是供电电源模块22中另一路电源模块2实施例的结构示意图，由两个稳压二极管TL431即电压基准芯片U9、U10，三极管Q7 3904SM及外围电阻、电容电路组成。其输入从供电电源模块1引入VISO2与COM2之间端电压20V，其中U9、U10电压基准芯片TL431为三端可调分流基准源，其输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。电源输入端为VISO2、COM2，输出端VDD2电压为+5V，可供驱动板上另一路IGBT驱动电路各个芯片供电。其中Q7三极管3904SM引脚1接至U10稳压三极管TL431的C引脚，Q7三极管3904SM引脚2接至电压输出端VDD2，Q7三极管3904SM引脚3接至电压输出端VE2。分压电阻R27、R14分别为51K、10K，根据Vref＝2.5V，VISO2、VE2两端输出15V；分压电阻R32、R30分别为10K、10K，Vref＝2.5V，VDD2、COM2两端输出5伏。
PWM触发信号产生电路模块30的一个实施例参见图5。
在图5中，PWM触发信号产生电路模块30由U2A、U2D、U2E、U2F、U5A、U5B六反相施密特触发器74ACT14SM，U12A、U12B、U12C、U12D、U12E、U12F六反相施密特触发器74HC14SM，三极管3906SMQ9，MOSFET管Q13、Q14、Q19 7002SM，隔离变压器D4615-X054以及外围电阻、电容电路组成。其中信号输入IN1为功率板提供的基准电压，其特性为频率50Hz、幅值+5V的正弦波形,SO1、为连接功率板引入±5V信号。输入正弦波形信号通过U2A、U2D、U2E、U2F六反相施密特触发器74ACT14SM和U12A、U12B、U12C、U12D、U12E、U12F六反相施密特触发器74HC14SM以及三极管3906SMQ9、MOSFET管Q13、Q14、Q19 7002SM产生三角载波，与基准电压进行闭环比较，得到±5V脉冲信号，该脉冲信号通过TX1贴片隔离变压器D4615-X054(主要作用为降低电压信号高频噪声，保持电压纯净)以及U5A、U5B六反相施密特触发器74ACT14SM产生PWM信号PWMS1，该信号接至IGBT驱动信号产生电路模块50。
IGBT驱动信号产生电路模块50的一个实施例参见图6。
在图6中，IGBT驱动信号产生电路模块50主要由U3高电压同步整流降压MOSFET驱动器ISL6207、MOSFET管Q6、Q11及外围电路组成。栅极驱动器芯片U3引脚7为PWM信号使能端，引脚2为电压输入端(VB00ST1)，引脚3为PWM信号输入端(PWM触发信号产生电路模块30的输出PWM信号PWMS1接至引脚3)，引脚4为接地端、引脚5为低电平输出端、引脚6为芯片供电电源(VDD1)、引脚1为高电平输出端、引脚8为基本电平输出端。PWM触发信号通过驱动芯片U3的1引脚UGATE、5引脚LGATE输出分别驱动MOSFET管Q6、Q11(功率N通道MOSFET管)，电压VISO1、COM1与芯片U3引脚8输出基本电平PHASE相比较，产生GH1、GL1电压±15V高低电平，与电能质量治理装置功率板上的IGBT连接，用于驱动IGBT。
钳位保护电路模块40的一个实施例参见图7。
在图7中，该钳位保护电路模块40主要由六反相施密特触发器U5C 74ACT14及外围电阻电路组成。该钳位保护电路模块40的输入端接受IGBT来的有源钳位信号ACL1，输出端PWM_EN1与前述IGBT驱动信号产生电路模块50的MOSFET驱动器ISL6207的EN引脚7输入端连接。
有源钳位信号输入ACL1，通过电阻R48(阻值0.33KΩ)与U5C六反相施密特触发器产生IGBT驱动信号产生电路模块50中U3芯片的引脚3PWM使能。当ACL1为高电平时，经过不超过140ns延时后，IGBT驱动信号产生电路模块50的输出端GH1、GL1均转为低电平，进而封锁IGBT的PWM驱动信号，从而实现对IGBT的钳位保护。
在本发明实施例中，所述驱动板供电电源模块20，包括供电电源模块21和供电电源模块22，其中供电电源模块21由电源模块1组成，电源模块1可以实现两路电源输出，第一路包括VISO1与COM1端电压20伏以及VBOOST1与GH1端电压4-5伏，第二路包括VISO2与COM2端电压20伏以及VBOOST2与GH2端电压4-5伏。相应地，供电电源模块22由两路相同的电源模块2组成，其中一路电源输入端为VISO1、COM1，输出端VDD1、COM1电压为+5伏，可供驱动板上由PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50组成的一路IGBT驱动电路各个芯片供电，其另一路电源输入端为VISO2、COM2，输出端VDD2、COM2电压为+5伏，可供驱动板上由PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50组成的另一路IGBT驱动电路各个芯片供电。因此采用本发明的电能质量治理装置的IGBT驱动电路可以通过驱动板供电电源模块20中电源模块1和一路或两路电源模块2的配合，为一路或两路由PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40和IGBT驱动信号产生电路模块50组成的IGBT驱动电路提供电源功能并驱动两路IGBT工作。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及其附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关技术领域均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (5)
1.用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，其特征在于，包括驱动板供电电源模块20、PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50；所述驱动板供电电源模块20分别与PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块电路50连接，所述PWM触发信号产生电路模块30及钳位保护电路模块40分别与IGBT驱动信号产生电路模块50连接，其中，
所述驱动板供电电源模块20，用于向PWM触发信号产生电路模块30、钳位保护电路模块40、IGBT驱动信号产生电路模块50提供电源功能；
所述PWM触发信号产生电路模块30，用于产生PWM触发信号，并将其输送至IGBT驱动信号产生电路50；
所述钳位保护电路模块40，用于接受IGBT送来的有源钳位信号，输出钳位保护信号到IGBT驱动信号产生电路模块50，用于对IGBT模块的保护；
所述IGBT驱动信号产生电路模块50，生成IGBT驱动信号，输出用于驱动IGBT模块。
2.根据权利要求1所述的用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，其特征在于，所述驱动板供电电源模块20包括供电电源模块21和供电电源模块22，其中供电电源模块21包括1个电源模块1，供电电源模块22包括1或2个电源模块2。
3.根据权利要求2所述的用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，其特征在于，所述电源模块1由芯片U1：IR2085SM自振荡100V半桥驱动器芯片，二极管D6，MOSFET管Q3、Q4，D4615-X054脉冲变压器TX3，开关二极管D4、D5、D7、D8，肖特基二极管D37、D38及外围电阻、电容电路组成；所述电源模块2由两个TL431稳压二极管，一个三极管3904SM及外围电阻、电容电路组成。
4.根据权利要求1所述的用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，其特征在于，包括一个驱动板供电电源模块20、两个PWM触发信号产生电路模块30、两个钳位保护电路模块40和两个IGBT驱动信号产生电路模块50，分别输出驱动两路IGBT模块。
5.根据权利要求1所述的用于电能质量治理装置的IGBT驱动电路，其特征在于，所述PWM触发信号产生电路模块30由U2A、U2D、U2E、U2F、U5A、U5B六反相施密特触发器74ACT14SM，U12A、U12B、U12C、U12D、U12E、U12F六反相施密特触发器74HC14SM，三极管3906SMQ9，MOSFET管Q13、Q14、Q19 7002SM，隔离变压器D4615-X054以及外围电阻、电容电路组成；所述钳位保护电路模块40由六反相施密特触发器U5C 74ACT14及外围电阻电路组成；所述IGBT驱动信号产生电路模块50由MOSFET驱动器U3ISL6207、MOSFET管Q6、Q11及外围电路组成。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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