CN203056951U - 一种igbt驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种IGBT驱动电路。包括上桥电路和下桥电路，上桥电路包括IGBT模块T1和第一吸收电路，下桥电路包括IGBT模块T2和第二吸收电路。本实用新型采用可靠简单的第一吸收电路和第二吸收电路，解决单电源自举驱动电路中存在的IGBT关断状态出现门极尖峰电压所带来的安全隐患，以充分发挥单电源自举驱动电路在IGBT驱动中的低成本、PCB布板尺寸小的优点，最终实现了低成本、小尺寸、高可靠性的IGBT驱动。

Description

一种IGBT驱动电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子，尤其涉及一种IGBT驱动电路。 
背景技术
以IGBT半导体为核心的一系列大功率开关管如IPM、PIM等模块的应用越来越广泛，无论电家、工业甚至军事领域凡涉及到电力变换的应用场合，IGBT器件都扮演着重要的开关角色，其可靠性依赖于驱动电路的可靠性。在IGBT驱动技术方面尽管越来越成熟，但在一些成本要求极为苛刻的应用产品中，为节省开关电源成本、节省PCB面积等，不得不采用单电源的自举电路方式实现多个不共地的IGBT驱动电路供电，在此情况下，依据IGBT自身固有的特点，凡集电极与发射极之间电压出现变化时可能造成米勒电容的充放电现象，比如当同一相位上的上桥电路处于关断状态后，一旦同一相的下桥电路的IGBT模块开通，则在开通瞬间由于上桥电路的IGBT模块集电极与发射极之间电压出现突增，上桥电路的IGBT模块门极上会自然产生一个较高的电压突波，这种突波有时可能幅值较大，超过IGBT模块开通的门槛电压，导致本来处于关断状态的上桥电路出现短时间的导通，这一上下桥出现同时导通的情况在程度较轻时可能只造成IGBT模块的损耗增加而发热严重，程度较重时，可能进一步导致直通电流超过IGBT模块可承受的最大值而损坏IGBT模块。在当前的技术背景下，一般只能采用增加门极驱动电阻值以延长IGBT模块开通时间或增加门极驱动电容的方式以减缓此尖峰的幅值，此传统的技术方法是以增加了IGBT模块开关损耗的方式换得驱动尖峰值的降低，且可降低的程度非常有限，当应用于更高电压等级的逆变中时，该效果更加达不到安全应用的目的，而只能改用高成本的多绕组正负压电源的驱动方式。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能消除门极驱动尖峰电压的IGBT驱动电路。 
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案： 
一种IGBT驱动电路，包括上桥电路和下桥电路。上桥电路包括IGBT模块T1和第一吸收电路，第一吸收电路包括NPN管Q1、PNP管Q2和电容C1，PNP管Q2发射极连接IGBT模块T1的门极，PNP管Q2集电极连接IGBT模块T1的发射极，PNP管Q2的基极与IGBT模块T1的门极之间串联电阻R5，PNP管Q2的基极连接NPN管Q1的集电极，NPN管Q1的发射极通过驱动电阻Rg1连接IGBT模块T1的门极，NPN管Q1的基极与前端电源 VPP之间串联电阻R1，NPN管Q1的基极和发射极之间并联电阻R2和电容C1；下桥电路包括IGBT模块T2和第二吸收电路，第二吸收电路包括NPN管Q3、PNP管Q4和电容C2，PNP管Q4发射极连接IGBT模块T2的门极，PNP管Q4集电极连接IGBT模块T2的发射极，PNP管Q4的基极与IGBT模块T2的门极之间串联电阻R6，PNP管Q4的基极连接NPN管Q3的集电极，NPN管Q3的发射极通过驱动电阻Rg2连接IGBT模块T2的门极，NPN管Q3的基极与前端电源VPP之间串联电阻R3，NPN管Q3的基极和发射极之间并联电阻R4和电容C2。 
上桥电路还包括光耦自举驱动电路，光耦自举驱动电路包括驱动光耦PC1，驱动光耦PC1的信号输出引脚通过驱动电阻Rg1连接IGBT模块T1的门极，输出电源正引脚连接前端电源VPP，输出电源地引脚连接IGBT模块T1的发射极，IGBT模块T1的集电极连接逆变桥母线电压正极P。 
上桥电路的光耦自举驱动电路还包括二极管D1、电阻R9和电解电容E1，电解电容E1和稳压管Z1、电容C3并联于上桥电路的驱动光耦PC1的输出电源正引脚与输出电源地引脚之间，稳压管Z1阴极连接输出电源正引脚，电解电容E1正极连接输出电源正引脚，电阻R9和二极管D1串联在上桥电路的电阻R1与前端电源VPP之间，二极管D1的阳极连接前端电源VPP，二极管D1的阴极连接电阻R9。 
下桥电路还包括光耦自举驱动电路，光耦自举驱动电路包括驱动光耦PC2，驱动光耦PC2的信号输出引脚通过驱动电阻Rg2连接IGBT模块T2的门极，输出电源正引脚连接前端电源VPP，输出电源地引脚连接IGBT模块T2的发射极和COM地，IGBT模块T2的集电极连接IGBT模块T1的发射极，IGBT模块T2的发射极连接逆变桥母线电压负极N。 
下桥电路的光耦自举驱动电路还包括电容C4，电容C4并联于下桥电路的驱动光耦PC2的输出电源正引脚与输出电源地引脚之间。 
本实用新型与现有技术相比的有益效果是： 
本实用新型采用可靠简单的第一吸收电路和第二吸收电路，解决单电源自举驱动电路中存在的IGBT关断状态出现门极尖峰电压所带来的安全隐患，以充分发挥单电源自举驱动电路在IGBT驱动中的低成本、PCB布板尺寸小的优点，最终实现了低成本、小尺寸、高可靠性的IGBT驱动。 
附图说明
图1为本实用新型IGBT驱动电路原理图。
具体实施方式
为了更充分理解本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进一步介绍和说明。 
本实用新型IGBT驱动电路原理，如图1所示。上桥电路10包括IGBT模块T1和第一吸收电路11，第一吸收电路11包括NPN管Q1、PNP管Q2和电容C1，PNP管Q2发射极连接IGBT模块T1的门极，PNP管Q2集电极连接IGBT模块T1的发射极，PNP管Q2的基极与IGBT模块T1的门极之间串联电阻R5，PNP管Q2的基极连接NPN管Q1的集电极，NPN管Q1的发射极通过驱动电阻Rg1连接IGBT模块T1的门极，NPN管Q1的基极与前端电源VPP之间串联电阻R1，NPN管Q1的基极和发射极之间并联电阻R2和电容C1。 
下桥电路20包括IGBT模块T2和第二吸收电路21，第二吸收电路21包括NPN管Q3、PNP管Q4和电容C2，PNP管Q4发射极连接IGBT模块T2的门极，PNP管Q4集电极连接IGBT模块T2的发射极，PNP管Q4的基极与IGBT模块T2的门极之间串联电阻R6，PNP管Q4的基极连接NPN管Q3的集电极，NPN管Q3的发射极通过驱动电阻Rg2连接IGBT模块T2的门极，NPN管Q3的基极与前端电源VPP之间串联电阻R3，NPN管Q3的基极和发射极之间并联电阻R4和电容C2。 
上桥电路10还包括光耦自举驱动电路，光耦自举驱动电路包括驱动光耦PC1，驱动光耦PC1的信号输出引脚通过驱动电阻Rg1连接IGBT模块T1的门极，输出电源正引脚连接前端电源VPP，输出电源地引脚连接IGBT模块T1的发射极，IGBT模块T1的集电极连接逆变桥母线电压正极P。上桥电路10的光耦自举驱动电路还包括二极管D1、电阻R9和电解电容E1，电解电容E1和稳压管Z1、电容C3并联于上桥电路10的驱动光耦PC1的输出电源正引脚与输出电源地引脚之间，稳压管Z1阴极连接输出电源正引脚，电解电容E1正极连接输出电源正引脚，电阻R9和二极管D1串联在上桥电路10的电阻R1与前端电源VPP之间，二极管D1的阳极连接前端电源VPP，二极管D1的阴极连接电阻R9。 
下桥电路20还包括光耦自举驱动电路，光耦自举驱动电路包括驱动光耦PC2，驱动光耦PC2的信号输出引脚通过驱动电阻Rg2连接IGBT模块T2的门极，输出电源正引脚连接前端电源VPP，输出电源地引脚连接IGBT模块T2的发射极和COM地，IGBT模块T2的集电极连接IGBT模块T1的发射极，IGBT模块T2的发射极连接逆变桥母线电压负极N。下桥电路20的光耦自举驱动电路还包括电容C4，电容C4并联于下桥电路20的驱动光耦PC2的输出电源正引脚与输出电源地引脚之间。 
本实用新型的驱动电路吸收驱动尖峰电压的原理如下： 
当上桥电路10关断后，若下桥电路20刚开始开通的时候，IGBT模块T1的集电极和发射极之间电压突变升高，IGBT模块T1的门极与发射极之间因米勒效应而电压快速被抬升，此时，一方面从电源+VPP经过二极管D1、电阻R9对电容E1充电，电流最终从电容E1经过开通的IGBT模块T2回到COM地，另一方面，上桥电路10的第一吸收电路11中NPN管Q1的发射极会经过驱动光耦PC1的信号输出引脚、输出电源地引脚和IGBT模块T2拉低到COM地，NPN管Q1的Vbe电压建立，NPN管Q1在被电容C1延缓较小时间后开通，NPN管Q1集电极拉低到COM地，驱动PNP管Q2的开通。在电容C1延缓的时间里，IGBT模块T1的门极尖峰电压一部分通过驱动电阻Rg1泄放，随着PNP管Q2的开通，则直接通过更小阻抗的PNP管Q2迅速放电，将门极尖峰电压吸收到仅集电极与发射极之间的导通压降，实现了下桥电路20开通瞬间的安全过渡，且在此后下桥电路20开通的整个过程中，上桥电路10的IGBT模块T1的门极始终被第一吸收电路11中的PNP管Q2嵌住，保证了整个过程的安全可靠性。 
同样地，当下桥电路20正常关断后，由于下桥电路20的驱动电源为由电源VPP和COM地构成的实在电压，驱动光耦PC2的信号输出引脚和输出电源地引脚之间处于开通，NPN管Q3发射极一直处于拉到COM地的状态，也即意味着，在下桥电路20关断的瞬间过程中，IGBT模块T2门极电荷在电容C2产生的延迟时间里正常的通过其驱动电阻Rg2放电而关断，电容C2的延迟时间结束后，PNP管Q4被NPN管Q3驱动开通，IGBT模块T2的门极则被PNP管Q4建立的低阻抗所嵌住，即便上桥电路10开通造成的IGBT模块T2米勒门极充电，也不会在IGBT模块T2门极造成较大的尖峰电压。 
以上陈述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。 

Claims (5)

1.一种IGBT驱动电路，包括上桥电路(10)和下桥电路(20)，其特征在于，所述上桥电路(10)包括IGBT模块T1和第一吸收电路(11)，所述第一吸收电路(11)包括NPN管Q1、PNP管Q2和电容C1，PNP管Q2发射极连接IGBT模块T1的门极，PNP管Q2集电极连接IGBT模块T1的发射极，PNP管Q2的基极与IGBT模块T1的门极之间串联电阻R5，PNP管Q2的基极连接NPN管Q1的集电极，NPN管Q1的发射极通过驱动电阻Rg1连接IGBT模块T1的门极，NPN管Q1的基极与前端电源VPP之间串联电阻R1，NPN管Q1的基极和发射极之间并联电阻R2和电容C1；所述下桥电路(20)包括IGBT模块T2和第二吸收电路(21)，所述第二吸收电路(21)包括NPN管Q3、PNP管Q4和电容C2，PNP管Q4发射极连接IGBT模块T2的门极，PNP管Q4集电极连接IGBT模块T2的发射极，PNP管Q4的基极与IGBT模块T2的门极之间串联电阻R6，PNP管Q4的基极连接NPN管Q3的集电极，NPN管Q3的发射极通过驱动电阻Rg2连接IGBT模块T2的门极，NPN管Q3的基极与前端电源VPP之间串联电阻R3，NPN管Q3的基极和发射极之间并联电阻R4和电容C2。 
2.如权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述上桥电路(10)还包括光耦自举驱动电路，所述光耦自举驱动电路包括驱动光耦PC1，驱动光耦PC1的信号输出引脚通过驱动电阻Rg1连接IGBT模块T1的门极，输出电源正引脚连接前端电源VPP，输出电源地引脚连接IGBT模块T1的发射极，IGBT模块T1的集电极连接逆变桥母线电压正极P。 
3.如权利要求2所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述上桥电路的光耦自举驱动电路还包括二极管D1、电阻R9和电解电容E1，电解电容E1和稳压管Z1、电容C3并联于所述上桥电路(10)的驱动光耦PC1的输出电源正引脚与输出电源地引脚之间，稳压管Z1阴极连接输出电源正引脚，电解电容E1正极连接输出电源正引脚，电阻R9和二极管D1串联在所述上桥电路(10)的电阻R1与前端电源VPP之间，二极管D1的阳极连接前端电源VPP，二极管D1的阴极连接电阻R9。 
4.如权利要求1所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述下桥电路(20)还包括光耦自举驱动电路，所述光耦自举驱动电路包括驱动光耦PC2，驱动光耦PC2的信号输出引脚通过驱动电阻Rg2连接IGBT模块T2的门极，输出电源正引脚连接前端电源VPP，输出电源地引脚连接IGBT模块T2的发射极和COM地，IGBT模块T2的集电极连接IGBT模块T1的发射极，IGBT模块T2的发射极连接逆变桥母线电压负极N。 
5.如权利要求4所述的IGBT驱动电路，其特征在于，所述下桥电路的光耦自举驱动电路还包括电容C4，所述电容C4并联于所述下桥电路(20)的驱动光耦PC2的输出电源正引脚与输出电源地引脚之间。 
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