CN113381585B - 一种ipm驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明一种用于IPM驱动电路，该驱动保护电路设计可以实现IGBT过流的快速保护，保护延时在1微秒以内；通过IGBT驱动电路实现了低有效的IGBT驱动，该驱动的好处是抗干扰能力强，驱动速度快；通过欠压保护功能的设定，避免了驱动电路因驱动电压不够导致IGBT无法完全开通，使IGBT性能受影响。本发明使IGBT工作在可靠的驱动电压下，同时避免了短路照成产品的损伤。

Description

一种IPM驱动电路
技术领域
本发明属于伺服技术领域，设计了一种IPM驱动电路。
背景技术
智能功率模块IPM(Intelligent Powr Module)不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起,而且还内藏有过电压,过电流和过热等故障检测电路,并可将检测信号送到CPU或DSP作中断处理。它由高速低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当,也可以IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件,并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构，有如下好处：
(1)开关速度快。IPM内的IGBT芯片都选用高速型,而且驱动电路紧靠IGBT芯片,驱动延时小,所以IPM开关速度快,损耗小。
(2)低功耗。IPM内部的IGBT导通压降低,开关速度快,故IPM功耗小。
(3)快速的过流保护。IPM实时检测IGBT电流,当发生严重过载或直接短路时,IGBT将被软关断,同时送出一个故障信号。
(4)抗干扰能力强。优化的门级驱动与IGBT集成,布局合理,无外部驱动线。
(5)驱动电源欠压保护。当低于驱动控制电源(一般为15V)就会造成驱动能力不够,增加导通损坏。IPM自动检测驱动电源,当低于一定值超过10μs时,将截止驱动信号。
(6)IPM内藏相关的外围电路。缩短开发了时间。
(7)无须采取防静电措施。
(8)大大减少了元件数目。体积相应小。
IPM技术趋势根据具体应用需求，IPM可采用各种不同的晶圆技术如平面MOSFET、超结、场截止IGBT、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等，以及封装技术如扁平无引脚(QFN)、全塑(Full pack)、陶瓷基板、AI2O3、氮化铝(AIN)、绝缘金属基板技术(IMST)、直接键合铜(DBC)、单列直插(SIP)、二合一(PFC+变频器INVERTER)等，以尽量减小热阻，降低导通损耗和开关损耗，同时确保高集成度、高开关速度、高能效、高可靠性和出色的EMI性能。
随着电力电子技术、计算机技术和超大规模集成电路技术的快速发展，变频调速系统趋向数字化和高集成度方向发展。变频器的功率器件也经历了从SCR,GTO到IGBT的发展历程，控制方式也从最初的v/f控制，发展到矢量控制，直接转矩控制。变频家电等控制系统中，功率驱动器件是必不可少的，智能功率模(IPM)就是一个典型的高度集成的功率驱动器件。传统的IGBT模块不具备过流保护、欠压保护等保护功能，不具过流保护功能会导致IGBT容易短路烧毁。并且传统的驱动方式驱动芯片距离IGBT较远，导致驱动寄生电感大，影响驱动效果。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于IPM驱动电路，解决了IPM模块的过流保护、欠压保护和大电流驱动等问题。
本发明的技术方案是：一种用于IPM驱动电路，包括电阻R1-电阻15，电容C1-电容C7，二极管D1，三极管T-三极管T3，芯片U1-芯片U2；
芯片U1的第一引脚接PWM信号，第二引脚同时接电阻R1的一端以及电容C1的一端，第三引脚接电阻R1的另一端，第四引脚接电阻R2的一端，第五引脚接电源VCC，第六引脚接电阻R3的一端，第七引脚接地，第八引脚悬空；电容C1的另一端接地；电阻R2的另一端接地；电阻R3的另一端接电阻R4和电容C3的一个公共端，电阻R4和电容C3的另一个公共端同时接电阻R5的一端以及三极管T1的B端，三极管T1的E端接地；
芯片U2第一引脚同时接三极管T1的C极、电阻R6的一端和电容C6的一端，第二引脚同时接电阻R7的一端和电容C4的一端，第三引脚同时接电阻R7的另一端和电阻R8的一端，第四引脚接电容C7的一端、电阻R12和电阻R13的一个公共端，第五引脚接电源VCC，第六引脚接电阻R14的一端，第七引脚接地，第八引脚悬空；电容C6的另一端接地；电阻R6的另一端接电源VCC；电容C4的另一端接地；电阻R12和电阻R13的另一个公共端接二极管D1的负端，二极管D1的正端接外部IGBT的集电极；电阻R14的另一端串联点R15后接地；电阻R8的另一端接三极管T2的B端；
三极管T2的C端同时接电阻R9的一端和电阻R10的一端，B端接第八电阻，E端接地；电阻R9的另一端接电源VCC，电阻R10的另一端同时接电阻R11的一端以及三极管T3的B端；电阻R11的另一端接地；三极管T2的E端接地；三极管T3的C端接外部控制信号Fo，E端接地；
电容C2和电容C5的两端分别接电源VCC和接地。
电阻R12和电阻R13的值设定保护范围，按照下式计算
VDESAT＝VD1+VCE+IDESAT*R12*R13/(R12+R13)；
VCE＝VDESAT-VD1-IDESAT*R12*R13/(R12+R13)；
其中：VDESAT为芯片U2的第四引脚电压，当其检测电压大于某一电压且驱动信号使能的情况，芯片U2的第三引脚输出低电平，芯片U2的第三引脚正常情况下输出为高电平；VD1为稳压管D1反向导通电压，IDESAT为芯片U2的第四引脚的输出电流。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、通过滤波电路和大的设计阈值，使电路抗干扰能力强，拓扑结构简单，功能完善。
2、通过电路功能设计，使电路具备输入信号低延时检测，故障信号输出，过流保护功能和欠压保护功能。
3、通过大驱动电流设计，能够实现IGBT的快速断开，减少关断损耗。
附图说明
图1为IPM驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种IPM驱动电路，包括电阻R1-电阻15，电容C1-电容C7，二极管D1，三极管T-三极管T3，芯片U1-芯片U2；
芯片U1的第一引脚接PWM信号，第二引脚同时接电阻R1的一端以及电容C1的一端，第三引脚接电阻R1的另一端，第四引脚接电阻R2的一端，第五引脚接电源VCC，第六引脚接电阻R3的一端，第七引脚接地，第八引脚悬空；电容C1的另一端接地；电阻R2的另一端接地；电阻R3的另一端接电阻R4和电容C3的一个公共端，电阻R4和电容C3的另一个公共端同时接电阻R5的一端以及三极管T1的B端，三极管T1的E端接地；
芯片U2第一引脚同时接三极管T1的C极、电阻R6的一端和电容C6的一端，第二引脚同时接电阻R7的一端和电容C4的一端，第三引脚同时接电阻R7的另一端和电阻R8的一端，第四引脚接电容C7的一端、电阻R12和电阻R13的一个公共端，第五引脚接电源VCC，第六引脚接电阻R14的一端，第七引脚接地，第八引脚悬空；电容C6的另一端接地；电阻R6的另一端接电源VCC；电容C4的另一端接地；电阻R12和电阻R13的另一个公共端接二极管D1的负端，二极管D1的正端接外部IGBT的集电极；电阻R14的另一端串联点R15后接地；电阻R8的另一端接三极管T2的B端；
三极管T2的C端同时接电阻R9的一端和电阻R10的一端，B端接第八电阻，E端接地。电阻R9的另一端接电源VCC，电阻R10的另一端同时接电阻R11的一端以及三极管T3的B端；电阻R11的另一端接地；三极管T2的E端接地；
三极管T3的C端接外部控制Fo信号输出，E端接地；
电容C2和电容C5的两端分别接电源VCC和接地。
电阻R12和电阻R13的值设定保护范围。可按照下式计算。
VDESAT＝VD1+VCE+IDESAT*R12*R13/(R12+R13)；
VCE＝VDESAT-VD1-IDESAT*R12*R13/(R12+R13)；
其中：VDESAT为芯片U2的第四引脚电压，当其检测电压大于某一电压且驱动信号使能的情况，芯片U2的第三引脚输出低电平，芯片U2的第三引脚正常情况下输出为高电平；VD1为稳压管D1反向导通电压，通过上式可知调整第十二电阻R12和第十三电阻R13即可设定IGBT过流保护阈值VCE；IDESAT为芯片U2的第四引脚的输出电流。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种IPM驱动电路，其特征在于：包括电阻R1-电阻15，电容C1-电容C7、二极管D1，三极管T1-三极管T3，芯片U1-芯片U2；
芯片U1的第一引脚接PWM信号，第二引脚同时接电阻R1的一端以及电容C1的一端，第三引脚接电阻R1的另一端，第四引脚接电阻R2的一端，第五引脚接电源VCC，第六引脚接电阻R3的一端，第七引脚接地，第八引脚悬空；电容C1的另一端接地；电阻R2的另一端接地；电阻R3的另一端接电阻R4和电容C3的一个公共端，电阻R4和电容C3的另一个公共端同时接电阻R5的一端以及三极管T1的B端，三极管T1的E端接地；
芯片U2第一引脚同时接三极管T1的C极、电阻R6的一端和电容C6的一端，第二引脚同时接电阻R7的一端和电容C4的一端，第三引脚同时接电阻R7的另一端和电阻R8的一端，第四引脚接电容C7的一端、电阻R12和电阻R13的一个公共端，第五引脚接电源VCC，第六引脚接电阻R14的一端，第七引脚接地，第八引脚悬空；电容C6的另一端接地；电阻R6的另一端接电源VCC；电容C4的另一端接地；电阻R12和电阻R13的另一个公共端接二极管D1的正端，二极管D1的负端接外部IGBT的集电极；电阻R14的另一端串联电阻R15后接地；电阻R8的另一端接三极管T2的B端；
三极管T2的C端同时接电阻R9的一端和电阻R10的一端，E端接地；电阻R9的另一端接电源VCC，电阻R10的另一端同时接电阻R11的一端以及三极管T3的B端；电阻R11的另一端接地；
三极管T3的C端接外部控制信号Fo，E端接地；
电容C2和电容C5的两端分别接电源VCC和接地。
2.根据权利要求1所述的一种IPM驱动电路，其特征在于：电阻R12和电阻R13的值设定保护范围，按照下式计算
VDESAT＝VD1+VCE+IDESAT*R12*R13/(R12+R13)；
VCE＝VDESAT-VD1-IDESAT*R12*R13/(R12+R13)；
其中：VDESAT为芯片U2的第四引脚电压，当其检测电压大于某一电压且驱动信号使能的情况，芯片U2的第三引脚输出低电平，芯片U2的第三引脚正常情况下输出为高电平；VD1为二极 管D1反向导通电压，IDESAT为芯片U2的第四引脚的输出电流，VCE为过流保护阈值。
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