CN202111674U - 一种脉冲宽度调制信号驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲宽度调制信号驱动装置，包括：第一隔离单元、功率放大单元、第二隔离单元及脉冲驱动单元，其中：PWM脉冲经过第一隔离单元后进入功率放大单元进行功率放大，然后经过第二隔离单元隔离传输后，直接输送至脉冲驱动单元驱动IGBT电路，所述第二隔离单元是高频脉冲变压器能够隔离变流主回路中的强电流和PWM脉冲的弱电信号，而且，该PWM脉冲驱动装置增设有功率放大单元，PWM脉冲经过功率放大单元进行功率放大后，由高频脉冲变压器进行能量无损变换和传输，故能够直接驱动后级的脉冲驱动单元，无需使用有源器件，从而减小了变流主回路对脉冲驱动单元的强电冲击影响，增强了PWM脉冲驱动装置的可靠性。

Description

一种脉冲宽度调制信号驱动装置

技术领域

本申请涉及脉冲宽度调制技术领域，特别是涉及一种脉冲宽度调制信号驱动装置。

背景技术

目前，随着可关断的电力电子器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的电压等级和电流容量的不断增加，IGBT广泛应用于电力变流行业，IGBT的驱动脉冲采用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲。

现有的IGBT的PWM脉冲驱动装置的工作过程如下：

脉冲产生单元产生的PWM脉冲，通过隔离单元进行光电隔离转换处理后，得到电平信号通过电缆传输或光纤传输至脉冲接收单元，脉冲接收单元需要采用有源器件对PWM脉冲进行整形和信号功率放大，以增强PWM脉冲的驱动能力，最后通过驱动模块来匹配PWM脉冲的功率和电平要求，最终实现可靠的开关IGBT。

但是，现有的隔离单元采用光耦隔离，需要专门光电收发装置，增加了装置的复杂程度，并且光电收发装置极易受到变流变压主回路的强电流冲击而损坏，而且脉冲接收单元需要对PWM脉冲进行处理和功率放大，因此需要采用有源器件，而有源器件也极易受到变流变压主回路中强电流的冲击而损坏，从而影响了PWM脉冲驱动装置的稳定性和可靠性，并且采用有源器件处理PWM脉冲时，会使多路PWM脉冲不同步，从而使IGBT的触发不同步，使变流主回路出现不均流甚至造成相间短路而烧毁IGBT器件。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请实施提供一种脉冲宽度调制信号驱动装置，以解决现有技术中的PWM脉冲驱动装置容易受到变流主回路的强电流冲击的问题，技术方案如下：

一种脉冲宽度调制信号驱动装置，包括：第一隔离单元、功率放大单元、第二隔离单元及脉冲驱动单元，其中：

所述第一隔离单元接收脉冲宽度调制信号，经过光电隔离传输给所述功率放大单元；

所述功率放大单元的输入端与所述第一隔离单元的输出端相连；

所述第二隔离单元为高频脉冲变压器，原边绕组与所述功率放大单元的输出端相连，副边绕组与所述脉冲驱动单元相连。

优选的，所述第一隔离单元为光耦合器，其中：该光耦合器的发光管的阳极连接第一直流电源，该光耦合器的发光管的阴极输入有所述脉冲宽度调制信号，该光耦合器的副边集电极与所述功率放大单元相连，该光耦合器的副边发射极接地端，所述光光耦合器的副边集电极通过上拉电阻连接至第二直流电源。

优选的，所述功率放大单元包括：第一三极管和第二三极管，其中：所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管，

所述第一三极管的基极与所述光耦合器的副边集电极相连，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极相连，所述第二三极管的集电极接地，所述第二三极管的发射极与所述高频脉冲变压器的原边绕组相连。

优选的，所述高频脉冲变压器的原边绕组的一端连接第二直流电源，另一端与所述第二三极管的发射极相连，所述高频脉冲变压器的副边绕组一端连接第一整流二极管的阳极，所述副边绕组的另一端接地，所述第一整流二极管的阴极连接取样电阻的一端，所述取样电阻的另一端与所述高频脉冲变压器的副边绕组的另一端相连。

优选的，所述脉冲驱动单元的正输入端与所述取样电阻的高电压端相连，负输入端与所述取样电阻的低电位端相连。

优选的，所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，还包括：脉冲宽度调制信号通过与门输入至所述光耦合器的发光管的阴极。

优选的，所述第一直流电源与所述第二直流电源不共地。

优选的，所述脉冲驱动单元主要包括：M57962芯片。

优选的，所述脉冲驱动单元还包括：

第一电源变换模块，用于将11V交流电源转化为15V直流电源，为所述脉冲驱动单元提供正电源；

第二电源变换模块，用于将8V交流电源转化为-10V直流电源，为所述脉冲驱动单元提供负电源。

由以上本申请实施提供的技术方案可见，所述PWM脉冲驱动装置包括第一隔离单元和第二隔离单元两层隔离单元，且第二隔离单元采用高频脉冲变压器实现，由于高频脉冲变压器本身具有很好的隔离作用，能够隔离变流主回路中的强电流和PWM脉冲的弱电信号，而且，该PWM脉冲驱动装置增设有功率放大单元，PWM脉冲经过功率放大单元进行功率放大后，由高频脉冲变压器进行能量无损的信号变换和传输，此传输过程实现了PWM脉冲的无损传输，故能够直接驱动后级的脉冲驱动单元，进而驱动IGBT开或关的状态，无需有源器件对PWM脉冲进行整形、功率放大，避免使用有源器件，从而减小了变流主回路对脉冲驱动单元的强电冲击影响，增强了PWM脉冲驱动装置的可靠性，而且，由于未使用有源器件对PWM脉冲进行整形、功率放大，从而保证了多路PWM脉冲的同步性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种PWM脉冲驱动装置原理框图；

图2为本申请实施例PWM脉冲驱动装置中的隔离功率放大传输部分的电路原理示意图；

图3为本申请实施例PWM脉冲驱动装置中的PWM脉冲接收驱动单元的电路原理示意图；

图4为第一电源变换模块的电路原理示意图；

图5为第二电源变换模块的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参见图1，示出了本申请实施例一种PWM脉冲驱动装置的电路原理框图，该PWM脉冲驱动装置包括：第一隔离单元200、功率放大单元300、第二隔离单元400、脉冲驱动单元500，其中：

第一隔离单元200的输入端与脉冲产生单元100的输出端相连，用于将脉冲产生单元100产生的PWM脉冲进行隔离变换处理输送给功率放大单元300；

功率放大单元300，与所述第一隔离单元200相连，用于对经过所述第一隔离单元200进行处理后的PWM脉冲，放大接收到的PWM脉冲信号的功率。

第二隔离单元400，为高频脉冲变压器，该高频脉冲变压器的原边绕组与所述功率放大单元的输出端相连，副边绕组与脉冲驱动单元500相连，用于对进行功率放大后的PWM脉冲进行无损传输后，直接提供给所述脉冲驱动单元500，并将变流主回路中的强电流与PWM脉冲隔离开。

具体的，高频脉冲变压器本身具有隔离作用，且PWM脉冲先经过功率放大单元进行功率放大后经过高频脉冲变压器进行无损传输后，提供给脉冲驱动单元500，因此，高频脉冲变压器的输出可以直接驱动脉冲驱动单元，而无需有源器件对PWM脉冲进行处理和功率放大。

脉冲驱动单元500接收到所述PWM脉冲后，驱动IGBT电路600的开或关的状态，进而控制变流主回路的变流要求。

本实施例提供的PWM脉冲驱动装置包括第一隔离单元和第二隔离单元两层隔离单元，且第二隔离单元采用高频脉冲变压器实现，由于高频脉冲变压器本身具有很好的隔离作用，能够隔离变流主回路中的强电流和PWM脉冲的弱电信号，而且，该PWM脉冲驱动装置增设有功率放大单元，PWM脉冲经过功率放大单元进行功率放大后，由高频脉冲变压器进行能量无损变换和传输，此传输过程实现了PWM脉冲的无损传输，故能够直接驱动后级的脉冲驱动单元，进而驱动IGBT开或关的状态，与现有的PWM驱动装置相比，在脉冲驱动单元，无需有源器件对PWM脉冲进行整形、功率放大，避免使用有源器件，从而减小了变流主回路对脉冲驱动单元的强电冲击影响，增强了PWM脉冲驱动装置的可靠性，而且，由于未使用有源器件对PWM脉冲进行整形、功率放大，从而保证了多路PWM脉冲的同步性。

请参见图2，示出了本申请实施例一种PWM脉冲驱动装置的电路原理图。该PWM脉冲驱动装置主要包括：光电耦合器1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、高频脉冲变压器T、第一整流二极管D1、取样电阻R1、脉冲驱动单元，其中：

光电耦合器1的发光管的阳极连接第一直流电源V1，光电耦合器1的发光管的阴极输入有PWM脉冲，光电耦合器1的副边集电极与第一三极管Q1的集电极相连，同时，第一三极管Q1的集电极通过上拉电阻R2连接至第二直流电源V2，所述光电耦合器1的副边发射极接地。

其中，所述第一直流电源V1与第二直流电源V2不共地，保证光电耦合器1的隔离效果。

所述功率放大单元主要包括：第一三极管Q1和第二三极管Q2，其中，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的集电极接地，第二三极管Q2的发射极连接高频脉冲变压器的原边绕组。

所述高频脉冲变压器T的原边绕组的一端与第二直流电源V2相连，所述高频脉冲变压器T的原边绕组的另一端与所述第二三极管Q2的发射极相连，该高频脉冲变压器T的副边绕组的一端，通过第二整流二极管D1与取样电阻R1的一端相连，所述取样电阻R的另一端与所述高频脉冲变压器T的副边绕组的另一端相连，且接地，从所述取样电阻R1上得到PWM脉冲。

所述高频脉冲变压器T的副边绕组与第一整流二极管D1相连的一端为正输出端，所述副边绕组接地的一端为负输出端。

该PWM脉冲驱动装置的电路工作原理如下：

当光耦合器1接收到的PWM脉冲信号为低电平时，原边的发光管导通，则副边的三极管导通，使得第一三极管Q1的基极通过光耦合器的副边三极管接地，第一三极管Q1截止，第二三极管Q2也截止，高频脉冲变压器T的原边绕组输入信号为5V，其副边绕组连接的取样电阻上的电压也为5V。提供给脉冲驱动单元的信号为高电平信号。

当光耦合器1接收到PWM脉冲信号为高电平时，光耦合器原边的发光管截止，则副边的三极管截止，第一三极管Q1的基极通过上拉电阻R2与第二直流电源连接，第一三极管Q1导通，且工作在放大区，放大基极电流，其集电极输出的放大后的电流经过第二三极管Q2进一步放大后输入至高频脉冲变压器T的原边绕组。提供给脉冲驱动单元的信号为低电平信号。

如图2所示，，第一三极管Q1的基极和地之间连接有第一电容C1和电阻R3构成滤波回路，用于滤除第一三极管Q1基极的杂波。

第二三极管Q2的基极和发射极之间连接有电阻R4，起到调节第二三极管Q2基极电流的作用，通过调节电阻R4的阻值可以改变第二三极管Q2的输出电流的大小。

第二三极管Q2的集电极和发射极之间连接有二极管D2，用于保护第二三极管Q2，防止第二三极管Q2被反相大电流烧毁。

所述高频脉冲变压器T原边绕组连接第二直流电源V2的一端连接有电容C2，起到稳压滤波的作用。

所述高频脉冲变压器T的原边绕组两端并联连接有电阻R5和二极管D3，且二极管D3的阴极与所述原边绕组连接第二直流电源V2的一端相连，二极管D3的阳极通过电阻R5与所述原边绕组的另一端相连，所述电阻R5和二极管D3构成高频变压器T的原边绕组放电回路，当脉冲由高电平到低电平转换时，由于高频变压器的原边绕组有储能作用，高电平脉冲在原边绕组中储存的能量需要通过该放电回路来释放，否则会影响下一个脉冲的正常传输。

二极管D4的阳极与高频脉冲变压器T的副边绕组接地的一端相连，二极管D4的阴极与第一整流二极管D1的阴极相连，起到保护高频脉冲变压器T的副边绕组的作用。

并联在取样电阻R1两端的电容C3，起滤波的作用，滤除从高频脉冲变压器输出的PWM脉冲中的杂波信号。

图2所对应的隔离接收部分的实施例，光电耦合器作为PWM脉冲驱动装置的第一层隔离电路，高频脉冲变压器作为第二层隔离电路，且在两层隔离电路之间设置有功率放大单元，以放大接收到的PWM脉冲信号的功率，并提供给高频脉冲变压器T，高频脉冲变压器T具有隔离作用，而且，可以将接收到的功率放大单元所发送的进行功率放大后的PWM脉冲信号进行无损传输，  因此，从高频脉冲变压器输出的PWM脉冲信号可以直接驱动后级的脉冲驱动单元，从而避免使用有源器件对PWM脉冲信号对整形和功率放大，减小了变流主回路对脉冲驱动单元的强电冲击影响，增强了PWM脉冲驱动装置的可靠性，而且，由于未使用有源器件对PWM脉冲进行整形、功率放大，从而保证了多路PWM脉冲的同步性。

请参见图3-5，图3示出了一种脉冲驱动单元的电路原理示意图，图4示出了第一电源变换模块的电路原理示意图；图5示出了第二电源模块的电路原理示意图。

参见图3，上述所有实施例提供的PWM脉冲驱动装置的实施例中，所述脉冲驱动单元500包括：驱动模块501和电源模块502，其中：

驱动模块501通过专用的驱动芯片M57962和外围电路实现；

电源模块502包括：第一电源变换模块503，用于将交流11V电源转化为直流+15V，用于为驱动模块501提供+15V直流电源。第二电源变换模块504，用于将交流8V电源转化为直流-10V，从而为驱动模块501提供-10V直流电源。

驱动芯片M57962的正输入端IN+与所述取样电阻R1未接地的一端相连，用于接收由高频脉冲变压器T输出的PWM脉冲信号，负输入端IN-与所述取样电阻R1接地的一端相连，输出端Vout通过限流电阻连接至IGBT的驱动端。

所述驱动芯片M57962的正电源端Vcc连接+15V直流电源，即连接第一电源变换模块503的输出端，同时正电源端Vcc通过电容C4连接零电位点，电容C4的作用是稳压滤波；

驱动芯片M57962的负电源端V_EE连接-10V直流电源，即连接第二电源变换模块504的输出端，同时负电源端V_EE通过电容C5连接零电位点，电容C5的作用是稳压滤波。

其中，二极管D5、D6、D7、D8、电容C5、C51、C4，以及电阻Rv构成了驱动芯片M57962的外围电路，并连接至IGBT上，控制IGBT的工作状态。

参见图4，上述所有实施例提供的PWM脉冲驱动装置的实施例中，第一电源变换模块，主要通过电源转换芯片KBP310实现，该电源转换芯片KBP310的两输入端输入有交流11V电源，负输出端V-为零电位端，正输出端V+得到+15V直流电源，且两输出端之间并联有用于滤波的滤波电容C6，以及用于使输出电压保持稳定的第一储能电容C7和第二储能电容C8。

参见图5，上述所有实施例提供的PWM脉冲驱动装置的实施例中，第二电源变换模块，主要通过电源转换芯片KBP310实现，该电源转换芯片KBP310的两输入端输入有交流8V电源，正输出端V+为零电位，其负输出端V-得到-10V直流电源，且两输出端之间并联有用于滤波的滤波电容C9，以及用于使输出电压保持稳定的第三储能电容C10和第四储能电容C11。

优选的，请参见图2，在上述所有的实施例中，PWM脉冲通过与门输入至光电耦合器1的发光管的阴极，与门的作用在于增大PWM脉冲信号的电流，同时，使输入的PWM脉冲信号的高、低电平分别满足要求，增强输入的PWM脉冲信号的驱动能力。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，包括：第一隔离单元、功率放大单元、第二隔离单元及脉冲驱动单元，其中：

所述第一隔离单元接收脉冲宽度调制信号，经过光电隔离传输给所述功率放大单元；

所述功率放大单元的输入端与所述第一隔离单元的输出端相连；

所述第二隔离单元为高频脉冲变压器，原边绕组与所述功率放大单元的输出端相连，副边绕组与所述脉冲驱动单元相连。

2.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，所述第一隔离单元为光耦合器，其中：该光耦合器的发光管的阳极连接第一直流电源，该光耦合器的发光管的阴极输入有所述脉冲宽度调制信号，该光耦合器的副边集电极与所述功率放大单元相连，该光耦合器的副边发射极接地端，所述光光耦合器的副边集电极通过上拉电阻连接至第二直流电源。

3.根据权利要求2所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，所述功率放大单元包括：第一三极管和第二三极管，其中：所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管，

所述第一三极管的基极与所述光耦合器的副边集电极相连，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极相连，所述第二三极管的集电极接地，所述第二三极管的发射极与所述高频脉冲变压器的原边绕组相连。

4.根据权利要求3所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，所述高频脉冲变压器的原边绕组的一端连接第二直流电源，另一端与所述第二三极管的发射极相连，所述高频脉冲变压器的副边绕组一端连接第一整流二极管的阳极，所述副边绕组的另一端接地，所述第一整流二极管的阴极连接取样电阻的一端，所述取样电阻的另一端与所述高频脉冲变压器的副边绕组的另一端相连。

5.根据权利要求4所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，所述脉冲驱动单元的正输入端与所述取样电阻的高电压端相连，负输入端与所述取样电阻的低电位端相连。

6.根据权利要求2-5任一项所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，还包括：脉冲宽度调制信号通过与门输入至所述光耦合器的发光管的阴极。

7.根据权利要求2-5任一项所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，所述第一直流电源与所述第二直流电源不共地。

8.根据权利要求1-5任一项所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，所述脉冲驱动单元主要包括：M57962芯片。

9.根据权利要求8所述的脉冲宽度调制信号驱动装置，其特征在于，所述脉冲驱动单元还包括：

第一电源变换模块，用于将11V交流电源转化为15V直流电源，为所述脉冲驱动单元提供正电源；

第二电源变换模块，用于将8V交流电源转化为-10V直流电源，为所述脉冲驱动单元提供负电源。

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