CN202978712U - 一种集成电源的igbt驱动模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种集成电源的IGBT驱动模块，驱动模块包括电路板和设置在电路板的驱动电路，电路板上设有连接接口，连接接口为单列直插SIP封装结构接口，驱动电路与连接接口电连接，驱动电路包括电源部分和IGBT驱动部分，电源部分将输入直流电源转换成+15V和-5V隔离电源输出，给IGBT驱动部分供电，IGBT驱动部分将控制驱动信号隔离放大后驱动IGBT，并提供可靠的IGBT过流与短路保护功能。本实用新型的主要优点在于：集成度高、体积小、成本低，SIP封装占用PCB面积小。内置隔离电源，隔离电压高，只需单电源供电，无需外加驱动电源，外围元件少，应用方便。线路杂散电感小、抗干扰能力强，波形失真小，可靠性更高，能够为IGBT提供多重保护功能。
Description
技术领域
本实用新型公开一种IGBT驱动模块，特别是一种集成电源的IGBT驱动模块。
背景技术
由于绝缘栅双极晶体管（即IGBT）具有较高的电流容量及电压耐量，频率高，低导通饱和压降，驱动简单等特点，使其在中、大功率系统中有着广泛的应用。IGBT的驱动电路作为控制与功率半导体之间的桥梁，在充分利IGBT的性能及提高功率系统可靠性和稳定性方面有着至关重要的作用。
目前的IGBT驱动电路的功能是将来自于微控制器的开关信号经隔离转换为具有足够功率的驱动脉冲信号，来保证IGBT的可靠开通与关断。同时，IGBT驱动电路也为微控制器和功率晶体管之间的电压提供安全的电气隔离。为了使IGBT在出现过流或短路故障时得到正确和有效的保护，保护功能也被集成到驱动电路中。常规的IGBT驱动器的具体的性能要求主要体现在以下几方面：（1）由于IGBT栅极输入具有电容特性，为了能使IGBT具有较快的开关速度，驱动器必须能够提供瞬时的较大驱动电流，从而减小开关损耗；（2）要求为IGBT提供完善的过流和短路保护功能；（3）由于驱动器位于控制电路与高压功率电路之间，还要求驱动器提供足够的安全距离和较高的绝缘电压耐量和较高的共模抑制比。现有技术中的IGBT驱动器存在的问题：（1）、电源方面：IGBT驱动器应用时需要外接隔离的正负电源。由于要求电源隔离，导致驱动电源多路输出，变压器绕制复杂、效率低、线路杂散电感大、占用PCB面积较大。（2）、驱动方面：现有IGBT驱动电路复杂，多数采用分离元件，占用PCB面积大，可靠性差。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的IGBT驱动模块结构复杂、体积较大的缺点，本实用新型提供一种新的集成电源的IGBT驱动模块，其将电源部分和IGBT驱动部分集成在一块电路板上，结构简单、应用方便、占用PCB面积小。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是一种集成电源的IGBT驱动模块，驱动模块包括电路板和设置在电路板的驱动电路，电路板上设有连接接口，连接接口为单列直插SIP封装结构接口，驱动电路与连接接口电连接，驱动电路包括电源部分和IGBT驱动部分，电源部分将输入电源转换成+15V电源和-5V电源，与输入电源隔离，为IGBT驱动部分供电，IGBT驱动部分输出IGBT驱动信号，同时提供可靠的IGBT过流和短路保护。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
所述的电源部分包括振荡单元、功率放大单元、隔离变压器、整流单元和滤波模块，振荡单元输出振荡信号给功率放大单元，功率放大单元连接在直流母线上，功率放大单元输出方波电源给隔离变压器，隔离变压器输出两路电源给整流单元，整流单元输出电源给滤波模块，滤波模块分别输出+15V电源和-5V电源给IGBT驱动部分。
所述的振荡单元包括RC振荡电路和施密特触发器，RC振荡电路输出振荡信号给施密特触发器，施密特触发器输出振荡信号给功率放大单元。
所述的功率放大单元包括三极管Q1、三极管Q2和开关管Q3，三极管Q1和三极管Q2串联连接在直流母线和地之间，施密特触发器输出振荡信号同时给三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1和三极管Q2的公共端输出振荡信号开关管Q3，开关管Q3与隔离变压器的初级线圈串联连接在直流母线和地之间。
所述的整流单元采用二极管。
所述的滤波模块采用电容。
所述的IGBT驱动部分包括稳压芯片和型号为HCPL316J的IGBT驱动芯片，稳压芯片为驱动芯片提供稳定的电源。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种应用简单、体积小、性能可靠、成本低廉的IGBT驱动器。其中光耦HCPL316J集成有驱动、保护功能，体积小、可靠性高。且本实用新型中电源部分采用施密特触发器构成振荡电路，500KHz开关频率可以减小磁芯体积，降低成本。本实用新型设计为单列直插SIP封装，结构紧凑。本实用新型的主要优点在于：集成度高、体积小、成本低，单电源供电，无需另设驱动电源，抗干扰能力强，波形失真小。使用元件较少，可靠性更高，隔离电压高，能够提供多重保护功能，外围元件少，应用方便。
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型电路方框图。
图2为本实用新型中电源部分电路原理图。
图3为本实用新型中驱动部分电路原理图。
图4为本实用新型输出信号示意图。
具体实施方式
本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。
请参看附图1，本实用新型为一种集成隔离DC/DC变换器的IGBT驱动电路模块，结构为单列直插SIP封装形式模块。本实用新型主要包括电路板和设置在电路板的驱动电路，电路板上设有连接接口，连接接口为单列直插SIP封装结构接口，驱动电路与连接接口电连接，驱动电路包括电源部分和IGBT驱动部分，电源部分将外接电源转成+15V电源和-5V电源给IGBT驱动部分供电，IGBT驱动部分输出IGBT驱动信号。本实用新型中还包括驱动部分，驱动部分主要包括：光耦电路、功率放大电路、IGBT过流保护电路、软关断电路、故障输出电路、驱动电压欠压锁定电路等，其电路结构和连接方式可采用常规技术中的连接方式，本实用新型中不再赘述。请结合参看附图2，本实施例中，隔离电源部分提供一路正电源（+15V）和一路负电源（-5V）输出，分别为IGBT驱动部分在开通与关断IGBT提供能量。电源部分内置有DC/DC变换器，其采用单端反激电路，电源部分主要包括振荡单元、功率放大单元、隔离变压器、整流单元和滤波模块，振荡单元输出振荡信号给功率放大单元，功率放大单元连接在直流母线上，功率放大单元输出方波电源给隔离变压器，隔离变压器输出两路电源给整流单元，整流单元输出电源给滤波模块，滤波模块分别输出+15V电源和-5V电源给IGBT驱动部分。本实施例中，振荡单元包括电阻R2与电容C4组成的RC振荡电路和施密特触发器U2，RC振荡电路输出振荡信号给施密特触发器U2，施密特触发器U2输出方波振荡信号给功率放大单元。本实施例中，功率放大单元包括三极管Q1、三极管Q2和开关管Q3，三极管Q1和三极管Q2串联连接在直流母线和地之间，作为开关管Q3的驱动管，施密特触发器输出的方波振荡信号同时给三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1和三极管Q2的公共端输出振荡信号开关管Q3，开关管Q3与隔离变压器T1的初级线圈串联连接在直流母线和地之间。本实施例中，功率变压器T1采用EFD磁芯，骨架为初、次级绕组分开的结构，实现物理隔离，减小初次级之间的耦合电容。本实施例中，整流单元采用二极管，滤波模块采用电容。由于本实用新型中输出+15V和-5V两种电压，本实施例中，在功率变压器T1的磁极绕组上连接有三个抽头，其中一个为信号地、另一个为+15V输出，第三个-5V输出，+15V输出的抽头上串接有整流二极管D2，+15V输出的抽头与信号地之间跨接有滤波电容C5，-5V输出的抽头上串接有整流二极管D3，-5V输出的抽头与信号地之间跨接有滤波电容C6。本实施例中，IGBT驱动部分主要包括稳压芯片U3和型号为HCPL316J集成驱动芯片U1，稳压芯片U3为驱动芯片U1提供稳定的5V电源，通过外围元件实现驱动脉冲信号的隔离、放大、保护与故障输出等功能。
本实用新型在使用时，驱动脉冲信号经光耦隔离放大后，驱动IGBT模块。当IGBT发生过流时，VCE电压检测电路工作，缓慢降低IGBT驱动电压，对IGBT进行软关断。本实用新型将IGBT驱动电路与隔离电源集成，只需在驱动模块初级输入单电源，就可以满足IGBT驱动电路对正负电源的需求。同时，本驱动电路采用光耦隔离，隔离电压达到3750Vrms，抗干扰能力强，共模干扰抑制率高。模块采用单列直插SIP封装，占用PCB面积小，适用于中小功率IGBT模块的驱动。
本实用新型提供一种应用简单、体积小、性能可靠、成本低廉的IGBT驱动器。其中光耦HCPL316J集成有驱动、保护功能，体积小、可靠性高。且本实用新型中电源部分采用施密特触发器构成振荡电路，500KHz开关频率可以减小磁芯体积，降低成本。本实用新型设计为单列直插SIP封装，结构紧凑。本实用新型的主要优点在于：集成度高、体积小、成本低，单电源供电，无需另设驱动电源，抗干扰能力强，波形失真小。使用元件较少，可靠性更高，隔离电压高，能够提供多重保护功能，外围元件少，应用方便。
Claims (7)
1.一种集成电源的IGBT驱动模块，其特征是：所述的驱动模块包括电路板和设置在电路板的驱动电路，电路板上设有连接接口，连接接口为单列直插SIP封装结构接口，驱动电路与连接接口电连接，驱动电路包括电源部分和IGBT驱动部分。
2.根据权利要求1所述的集成电源的IGBT驱动模块，其特征是：所述的电源部分包括振荡单元、功率放大单元、隔离变压器、整流单元和滤波模块，振荡单元输出振荡信号给功率放大单元，功率放大单元连接在直流母线上，功率放大单元输出方波电源给隔离变压器，隔离变压器输出两路电源给整流单元，整流单元输出电源给滤波模块，滤波模块分别输出+15V电源和-5V电源给IGBT驱动部分。
3.根据权利要求2所述的集成电源的IGBT驱动模块，其特征是：所述的振荡单元包括RC振荡电路和施密特触发器，RC振荡电路输出振荡信号给施密特触发器，施密特触发器输出振荡信号给功率放大单元。
4.根据权利要求2所述的集成电源的IGBT驱动模块，其特征是：所述的功率放大单元包括三极管Q1、三极管Q2和开关管Q3，三极管Q1和三极管Q2串联连接在直流母线和地之间，施密特触发器输出振荡信号同时给三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1和三极管Q2的公共端输出振荡信号开关管Q3，开关管Q3与隔离变压器的初级线圈串联连接在直流母线和地之间。
5.根据权利要求2所述的集成电源的IGBT驱动模块，其特征是：所述的整流单元采用二极管。
6.根据权利要求2所述的集成电源的IGBT驱动模块，其特征是：所述的滤波模块采用电容。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的集成电源的IGBT驱动模块，其特征是：所述的IGBT驱动部分包括稳压芯片和型号为HCPL316J集成驱动芯片，稳压芯片为驱动芯片提供电源。
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| CN106033885A (zh) * | 2015-03-20 | 2016-10-19 | 神华集团有限责任公司 | 直流微电网配电系统 |
| CN106787641A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 湘潭大学 | 一种用于继电保护装置的开关量输入可扩展隔离电源电路 |
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