CN201528324U

CN201528324U - 一种igbt驱动与保护电路

Info

Publication number: CN201528324U
Application number: CN2009202733302U
Authority: CN
Inventors: 张和君; 刘远进; 牛涛
Original assignee: Ningbo Desike Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Desike Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2019-11-23

Abstract

本实用新型属于电力电子技术领域，提供一种有效实现掉电保护，不会被误开通的IGBT驱动与保护电路；包括共射放大电路、推挽驱动电路与IGBT，前者设有PWM信号输入端，用于将所述PWM信号放大；后者设有VDD电源输入端，用于接受VDD电源供电；在共射放大电路与PWM信号输入端之间连接有一个NPN三极管，PWM信号输入端从其发射极引出，其基极经过电阻后，设置有VCC电源输入端，用于接受VCC电源供电；其集电极经过电阻后，连接至VDD电源输入端；具有掉电保护、栅极保护、集电极过压保护功能，是一种稳定可靠的IGBT驱动电路。

Description

一种IGBT驱动与保护电路

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，涉及到绝缘栅双极晶体管IGBT的驱动与保护电路。

背景技术

绝缘栅双极晶体管IGBT集功率晶体管和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-50kHz)的特点，广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中，IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。

现有技术一般的IGBT驱动电路如图1，在掉电保护方面不够完善；当PWM信号端出现掉电的情况，IGBT会被误开通；而且缺乏栅极保护、集电极过压保护。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种有效实现掉电保护，IGBT不会被误开通的IGBT驱动与保护电路的技术方案。

本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种IGBT驱动与保护电路，包括共射放大电路、推挽驱动电路与IGBT，所述共射放大电路段有PWM信号输入端，用于将所述PWM信号放大；所述推挽驱动电路设有VDD电源输入端，用于接受VDD电源供电；其特征在于：在所述共射放大电路与PWM信号输入端之间连接有一个NPN三极管(Q1)，所述PWM信号输入端从其发射极引出，其基极经过电阻(R1)后，设置有VCC电源输入端，用于接受VCC电源供电；其集电极经过电阻(R2)后，连接至所述VDD电源输入端。

所述共射放大电路由一个NPN三极管(Q2)与电阻(R3)连接组成，所述NPN三极管(Q2)的基极连接至所述NPN三极管(Q1)的集电极。

所述推挽驱动电路包括NPN三极管(Q3)、PNP三极管(Q4)，其基极各自连接有电阻(R4、R5)，其发射极各自连接有电阻(R6、R7)，电阻(R8)并联在所述IGBT的栅极和发射极之间。

作为优先方案，在所述IGBT的栅极和发射极之间以并联方式连接有电阻(R8)与稳压管(D1)。

作为进一步的优先方案，在所述IGBT的发射极和集电极之间以并联方式连接有电容(C1)。

一种芯片，用于IGBT驱动与保护，其内部包含上述IGBT驱动与保护电路。

IGBT具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点；但是，现有技术存在IGBT栅极驱动电路设计上的不合理，影响IGBT良好特性的发挥，制约着IGBT的推广及应用。与现有技术相比，因本实用新型在所述共射放大电路与PWM信号输入端之间连接有一个NPN三极管(Q1)，所述PWM信号输入端从其发射极引出，其基极经过电阻(R1)后，设置有VCC电源输入端，用于接受VCC电源供电；其集电极经过电阻(R2)后，连接至所述VDD电源输入端；具有掉电保护、栅极保护、集电极过压保护功能。是一种可靠，稳定的IGBT驱动电路。

图2给出了本实用新型的一种优选IGBT驱动电路，此电路解决了一般分立元件驱动电路在PWM信号端掉电后造成IGBT误导通的问题，通过NPN三极管Q1实现电平的转换，频率响应高，能够满足IGBT的高速开关的要求；具有掉电保护功能；在此基础上增加稳压管D1、电容C1，形成图3的具有栅极保护和过电压保护功能的驱动电路；保护更全面，使得驱动电路更加稳定，IGBT在使用中失效率大大降低。

附图说明

图1为现有技术IGBT驱动电路。

图2为本实用新型实施例一IGBT驱动电路。

图3为本实用新型实施例二IGBT驱动电路。

图4为本实用新型IGBT驱动信号波形图。

图5为本实用新型IGBT关断过程V_CE波形图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例。同时通过说明本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。

实施例一：如图2所示，IGBT驱动电路包括驱动信号的放大、推挽驱动和保护三个部分。图中，Q0为IGBT，是需要驱动的目标。Q1、Q2、Q3为NPN三极管，Q4为PNP三极管。PWM信号接入三极管Q1的发射极，三极管Q1的基极通过电阻R1上拉到电源VCC；三极管Q1的集电极通过电阻R2上拉到电源VDD，并与三极管Q2的基极相连；三极管Q2与电阻R3构成典型的共射极放大电路，是PWM信号的前级放大电路，并有电平转换的功能；三极管Q3、Q4为推挽驱动，由VDD供电，电阻R4、R5分别接在三极管Q3、Q4的基极，限制基极的电流；电阻R6、R7接在三极管的发射极，作用是调整IGBT的开通、关断时间。电阻R8、稳压管D1并联在IGBT Q0的栅极和发射极间，保护IGBT的栅极不受过电压损坏；电容C1并联在IGBT Q0的发射极和集电极之间，抑制IGBT的开通时集电极的尖峰电压。

PWM信号一般为单片机或DSP发出，用于控制IGBT的通断；由于单片机的供电(图中的VCC)一般为5V、3.3V或更低，PWM信号的高电平无法直接驱动IGBT，所以需要进行电平转换，通过三极管Q1的电路，可将PWM信号的高电平转换到VDD，VDD的大小根据IGBT的栅极驱动电平选取，一般为15V。具体的波形图见图4。PWM信号经过Q1、Q2的反向放大后，变为信号V2高电平变为VDD。信号V2经过推挽Q3、Q4组成的推挽电路，电流进一步放大，电压波形如VG所示。

三极管Q2构成共射极放大电路，可以放大PWM信号的电流，放大倍数为A＝R2/R3。Q3、Q4为推挽驱动，当Q2关断时，Q3导通、Q4关断，电流从Q3的C级流向E级，经电阻R6给IGBT的栅极电容充电，当VG达到IGBT的开通阈值Vth时，IGBT开始导通，VG继续充电，直到VDD-V_CEsat。由于三极管的饱和压降V_CEsat趋近于零，可认为V_G＝VDD。当Q2开通时，Q4导通、Q3关断，电流经电阻R7从Q4的E级流向C级，IGBT的栅极电容放电，V_G逐渐减小至V_CEsat，可认为此时V_G＝0。

一般情况下，IGBT的栅极-发射极驱动电压V_G的保证值为±20V，如果IGBT栅极-发射极之间电压过高，超过栅极-发射极之间的耐压值则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压值，也会永久性的破坏IGBT。因为电路中分布电感的存在，加之IGBT的开关速度较高，当IGBT关断时及与之并接的反向恢复二极管逆向恢复时，就会产生很大的浪涌电压Ldi/dt，威胁IGBT的安全。以上所述为实施例一的不足之处；当然，如能达到使用要求，其成本较低。

实施例二：针对实施例一的上述不足之处，在实施例一的基础上改进为实施例二。如图3：在图2所示的实施例一的基础上，增加稳压管D1并联在栅极-发射极之间，增加电容C1并联在IGBT的集电极和发射极之间。也可采用二极管D1单独并联在IGBT的集电极和发射极之间的方案，或采用电容C1单独并联在IGBT的集电极和发射极之间的方案；只是相应功能有所欠缺。

如图3：二极管D1是一个稳压管，其稳压值V_Z高于VDD，低于V_G的允许的最大值。若V_G出现超过栅极耐压的尖峰，二极管D1将V_G钳位在稳压值V_Z，保护栅极不被损坏。

图5为本实用新型IGBT关断过程V_CF波形图。当IGBT关断时，IGBT的集电极的电压V_CF在关断瞬间有明显的尖峰电压出现，使用电容C1可吸收尖峰电压，对IGBT进行过压保护。如图5所示，在未使用电容C1前，VCE尖峰电压较高(粗线波形)，可能破坏IGBT，使用电容C1后VCE的尖峰电压明显降低(细线波形)。尖峰电压被吸收后，不仅可以保证IGBT不被过压损坏，还可减小IGBT在关断时的EMI辐射。电容C1应使用耐压高、介质损耗小的薄膜电容。

当然，在能达到使用要求的情况下，也可采用二极管D1单独并联在IGBT的集电极和发射极之间的方案，或采用电容C1单独并联在IGBT的集电极和发射极之间的方案，以节省成本。

以上两个实施例都具有掉电保护功能，当电源VCC掉电后，三极管Q2、Q3、Q4构成的电路能保证IGBT不会误导通。当电源VDD掉电后，电阻R8将IGBT的栅极短接到发射极，IGBT不会导通。

综上所述，本实用新型具有以下功能：

1、通过NPN三极管Q1实现电平的转换，频率响应高，能够满足IGBT的高速开关的要求。

2、推挽驱动可满足IGBT的栅极需大电流驱动的要求。

3、可通过配置不同数值的电阻R6、R7，调整IGBT的开通、关断时间。

4、通过稳压管D1进行栅极保护。

5、通过电容C1进行集电极的尖峰吸收，进行过压保护。

6、电路具有掉电保护功能。

本实用新型通过简单的分立元件，可对IGBT进行可靠稳定的驱动，同时实现掉电保护、栅极保护、集电极过压保护功能；电路简单，成本低，可取代成本较高的驱动芯片。

当然，也可依据本实用新型的技术方案，制作内部电路简单，成本相对较低的芯片。

Claims

1.一种IGBT驱动与保护电路，包括共射放大电路、推挽驱动电路与IGBT，所述共射放大电路设有PWM信号输入端，用于将所述PWM信号放大；所述推挽驱动电路设有VDD电源输入端，用于接受VDD电源供电；其特征在于：在所述共射放大电路与PWM信号输入端之间连接有一个NPN三极管(Q1)，所述PWM信号输入端从其发射极引出，其基极经过电阻(R1)后，设置有VCC电源输入端，用于接受VCC电源供电；其集电极经过电阻(R2)后，连接至所述VDD电源输入端。

2.如权利要求1所述的IGBT驱动与保护电路，其特征在于：所述共射放大电路由一个NPN三极管(Q2)与电阻(R3)连接组成，所述NPN三极管(Q2)的基极连接至所述NPN三极管(Q1)的集电极。

3.如权利要求1所述的IGBT驱动与保护电路，其特征在于：所述推挽驱动电路包括NPN三极管(Q3)、PNP三极管(Q4)，其基极各自连接有电阻(R4、R5)，其发射极各自连接有电阻(R6、R7)，电阻(R8)并联在所述IGBT的栅极和发射极之间。

4.如权利要求1至3任一项所述的IGBT驱动与保护电路，其特征在于：在所述IGBT的栅极和发射极之间以并联方式连接有电阻(R8)与稳压管(D1)。

5.如权利要求4所述的IGBT驱动与保护电路，其特征在于：在所述IGBT的发射极和集电极之间以并联方式连接有电容(C1)。

6.如权利要求1至3任一项所述的IGBT驱动与保护电路，其特征在于：在所述IGBT的发射极和集电极之间以并联方式连接有电容(C1)。

7.一种芯片，用于IGBT驱动与保护，其特征在于：其内部包含如权利要求1至3任一项所述的IGBT驱动与保护电路。

8.如权利要求7所述的芯片，其特征在于：在所述IGBT的栅极和发射极之间以并联方式连接有电阻(R8)与稳压管(D1)。

9.如权利要求8所述的芯片，其特征在于：在所述IGBT的发射极和集电极之间以并联方式连接有电容(C1)。

10.如权利要求7所述的芯片，其特征在于：在所述IGBT的发射极和集电极之间以并联方式连接有电容(C1)。