CN203278621U

CN203278621U - 基于独立电源的低干扰igbt驱动装置

Info

Publication number: CN203278621U
Application number: CN 201320281127
Authority: CN
Inventors: 韩伟; 康兵; 张志强
Original assignee: SHANGHAI JINMAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI JINMAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2023-05-22

Abstract

本实用新型涉及一种基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其中包括数个半桥电源模块和与该半桥电源模块数量相对应的IGBT驱动模块，所述的半桥电源模块与供电电源相连接，各个所述的半桥电源模块分别通过各自对应的IGBT驱动模块与IGBT驱动模块相应的待驱动的绝缘栅双极型晶体管IGBT相连接。采用该种结构的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，可以实现由一致的输出电压对IGBT三相桥臂的驱动，适应更宽的电压输入范围，驱动电压稳定，高低压良好隔离，低干扰，结构简单，安全可靠，具有更广泛的适用范围。

Description

基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置

技术领域

本实用新型涉及电力驱动领域，尤其涉及IGBT驱动领域，具体是指一种基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置。

背景技术

随着经济的发展，汽车保有量的增加，汽车尾气排放对城市空气的污染程度逐渐加剧。为了降低传统汽车尾气排放对环境的危害，全球各大经济体都在致力于新能源汽车的研发和推广。近年来，电力电子技术和电池技术的发展，为电动汽车和混合动力汽车的发展提供了有力的支持。使新能源汽车广泛应用成为可能。

作为新能源汽车动力装置的重要组成部分，逆变器设计的好坏决定了新能源汽车电动部分的性能。尤其在大功率的纯电动汽车设计中，逆变器需要驱动大功率三相桥绝缘栅双极型晶体管IGBT模块，对驱动板电源的设计提出了更高的要求。除了电气性能符合指标外，还要满足安全性、可靠性和稳定性的要求。

为了避免IGBT过热损坏，控制器在工作过程中需要监控IGBT温度。逆变器的控制算法中需要监控直流母线的电压值。为了提高装置的安全性，母线电压检测和IGBT温度检测都需要隔离。

现有技术采用单个反激电源和稳压管分压的方式给IGBT驱动供电，用模拟信号采集和传递IGBT温度和母线电压值，有如下缺点：

1、一致性差。由于稳压管的容差会导致三相桥臂的各个驱动电源之间有差异，各个IGBT开关特性不一致。

2、温漂。因为稳压管的稳压值受温度的影响会变化，增加了控制变量，降低了装置的可靠性和稳定性。

3、变压器设计困难。单个变压器方案，绕组多，干扰大，体积大，重量大，磁芯窗口利用率低，绝缘处理难度较大。很难通过汽车级认证。

4、隔离强度不够。一般设计中，使用低压信号跟IGBT模块上的热敏电阻分压的形式采样IGBT模块内部温度。因为依靠IGBT模块上的热敏电阻自身的隔离，很难保证IGBT炸管时，IGBT芯片上的绑定线不会将高压引入到低压部分，导致控制部分损坏。

5、干扰大。采用模拟信号传递采样值，容易受到干扰，影响软件算法控制的精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现由一致的电压对三相IGBT进行驱动、具有更宽电压输入范围、高低压良好隔离、结构简单、安全可靠的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置。

为了实现上述目的，本实用新型的具有如下构成：

该基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其主要特点是，所述的装置包括数个半桥电源模块和与该半桥电源模块数量相对应的IGBT驱动模块，所述的半桥电源模块与供电电源相连接，各个所述的半桥电源模块分别通过各自对应的IGBT驱动模块与IGBT驱动模块相应的待驱动的绝缘栅双极型晶体管IGBT相连接。

较佳地，所述的半桥电源模块包括一个半桥驱动单元、一个变压器和一个IGBT隔离驱动单元，所述的半桥驱动单元连接于所述的供电电源与变压器之间，所述的IGBT隔离驱动单元连接于所述的变压器与IGBT驱动模块之间。

更佳地，所述的变压器包括一个原边绕组和一个中间抽头的副边绕组，所述的原边绕组与所述的半桥驱动单元相连接，所述的副边绕组与所述的IGBT隔离驱动单元相连接。

较佳地，所述的IGBT驱动模块包括一个IGBT驱动单元、一个Vce检测电路、一个有源箝位电路和一个推挽输出电路，所述的IGBT驱动单元与所述的半桥电源模块相连接，所述的Vce检测电路和推挽输出电路均分别连接于所述的IGBT驱动单元与有源箝位电路之间，所述的有源箝位电路与待驱动的IGBT相连接。

更佳地，所述的IGBT驱动单元为1ED020I12-FA2驱动芯片。

较佳地，所述的装置还包括一个DC-DC转换电路，所述的DC-DC转换电路连接于所述的供电电源与半桥电源模块之间。

更佳地，所述的DC-DC转换电路包括一个SEPIC斩波电路、一个防反接和滤波电路，所述的防反接和滤波电路连接于所述的供电电源与SEPIC斩波电路之间，所述的SEPIC斩波电路与所述的半桥电源模块相连接。

较佳地，所述的装置还包括一个IGBT温度检测电路，所述的IGBT温度检测电路与待驱动的IGBT相连接。

较佳地，所述的IGBT温度检测电路包括数个与待驱动的IGBT相连接的温度检测单元、一个SPI通信AD转换芯片和一个光耦隔离单元，所述的SPI通信AD转换芯片连接于所述的温度检测模块与光耦隔离单元之间。

较佳地，所述的装置还包括一个母线电压检测电路，所述的母线电压检测电路连接于待驱动IGBT与一个单片机之间。

较佳地，所述的装置设置于一个PCB板上，所述的装置还包括一个PCB板温度检测电路，所述的PCB板温度检测电路连接于所述的PCB板与一个单片机之间。

较佳地，所述的装置还包括一个错误信号处理电路，所述的错误信号处理电路与一个单片机相连接。

采用了该实用新型中的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，具有如下有益效果：

1、电源一致性好。六路驱动电源输出电压一致，保证各个IGBT开关特性不受电源差异的影响。实际测试及应用中，驱动板对外的传导噪声降低70%，驱动电源电压在带载后的差异在0.1V以内。

2、无温漂。由于IGBT驱动的正负电源是变压器绕组直接给出，保证驱动电压在允许工作温度范围内基本不变，避免了使用稳压管会有温漂的弊端。

3、变压器设计简单，易实现。每个变压器只有原边和副边两个绕组，副边采用中间抽头的方式，最大限度地降低了干扰，变压器体积和重量大大降低，变压器绝缘处理简单，可以使用三重加强绝缘达到直流1500V以上的高低压电气隔离强度。汽车级认证相对简单。

4、高低压良好隔离。通过四通道AD转换芯片将模拟量转换成对应的数字量，以SPI通信的方式通过光耦隔离输出。既做到了高低压隔离又实现了传输无干扰。避免了传统IGBT温度检测的安全隐患。

5、数字信号传输无干扰。由于采用数字信号传输，有效避免了噪声干扰的影响。

6、宽电压输入范围。逆变器控制装置采用汽车12V电池装置作为供电电源，由于电池的电压是在一定范围内变化的，后级六路驱动电源又是采用开环模式，为了保证六路半桥电源的输出稳定，半桥电源的输入电压必须恒定。所以，驱动板电源使用SEPIC DC-DC电源转换模块，使驱动板可以适应汽车应用的宽电压（8～18V）输入要求。

附图说明

图1为本实用新型的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置的逻辑框图。

图2为本实用新型的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置的结构示意图。

图3为本实用新型的半桥电源模块的结构示意图。

图4为本实用新型的IGBT温度检测电路的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本实用新型中的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置的硬件电路主要包括：防反接电路、SEPIC DC-DC转换电路、半桥电源模块、IGBT驱动模块、IGBT温度检测电路、母线电压检测电路、PCB板温度检测电路和错误信号处理电路。

如图1～2为本实用新型的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置的结构示意图。

本实用新型中的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置包括六个半桥电源模块和六个相对应的IGBT驱动模块，每个所述的半桥电源模块包括一个半桥驱动单元、一个变压器和一个IGBT隔离驱动单元，所述的IGBT驱动模块包括一个IGBT驱动单元、一个Vce检测电路、一个有源箝位电路和一个推挽输出电路。

各个所述的半桥驱动单元连接于供电电源与所述的变压器之间，所述的IGBT隔离驱动单元连接于所述的变压器与IGBT驱动单元之间，所述的Vce检测电路和推挽输出电路均分别连接于所述的IGBT驱动单元与有源箝位电路之间，各个所述的有源箝位电路与相对应的待驱动的IGBT相连接。

较佳地，所述的变压器包括一个原边绕组和一个中间抽头的副边绕组，所述的原边绕组与所述的半桥驱动单元相连接，所述的副边绕组与所述的IGBT隔离驱动单元相连接。

IGBT驱动的正负电源使用变压器实现六路驱动电源高低压隔离。后级滤波处理提高电源的品质，保证IGBT驱动电源的低纹波低噪声。

较佳地，所述的IGBT驱动单元采用了Infineon的隔离驱动芯片1ED020I12-FA2，该芯片的Vce检测短路保护、欠压锁定、密勒箝位、状态返回等功能提高了IGBT控制的可靠性。

由于杂散电感的影响IGBT关断时Vce可能会超过IGBT的阻断电压，所以要使用有源箝位电路，对Vce电压进行箝位。

较佳地，所述的装置还包括一个DC-DC转换电路，所述的DC-DC转换电路包括一SEPIC斩波电路、一防反接和滤波电路，所述的防反接和滤波电路连接于所述的供电电源与SEPIC斩波电路之间，所述的SEPIC斩波电路与所述的半桥驱动单元相连接。

所述的防反接和滤波电路使用PMOS，因为MOS管的导通电阻阻值较低，可以保证MOS管低功耗，提高整个驱动装置的效率。

如图3为所述的半桥电源模块的结构示意图。

IGBT的半桥电源模块采用半桥电路，由于前级有DC-DC电源将变化的电池电压稳定在特定值，所以即使半桥电路采用开环控制方式，在负载一定的情况下，输出电压也能够保持不变。半桥电路跟反激电源相比，具有磁芯利用率高，噪声小，开关管应力小等优点。

如图4为IGBT温度检测电路示意图。

模拟量检测采用SPI通信和光耦隔离的方式，控制部分可以通过不同的指令读取母线电压和IGBT温度检测对应的AD值。

所述的IGBT温度检测电路包括数个与待驱动的IGBT相连接的温度检测单元、一个SPI通信AD转换芯片和一个光耦隔离单元，所述的SPI通信AD转换芯片连接于所述的温度检测模块与光耦隔离单元之间。

较佳地，所述的装置还包括一母线电压检测电路，所述的母线电压检测电路连接于待驱动的IGBT与一单片机之间，用以测量监控IGBT模块上管的集电极和下管的发射极之间的电压。

所述的装置设置于一个PCB板上，为了更好地实施对该装置整体的温度检测，所述的装置还包括一个PCB板温度检测电路，所述的PCB板温度检测电路连接于所述的PCB板与一个单片机之间，该PCB板温度检测电路采用温度传感器芯片焊接在PCB板温度最高的位置，将检测点温度值转化成模拟电压量发送给所述的单片机。

所述的装置还包括一个错误信号处理电路，所述的错误信号处理电路与一单片机相连接，该错误信号处理电路包括一个FLT信号处理单元和一个低通RC滤波单元，FLT信号在驱动装置上经过低通RC滤波后发送到单片机。

本实用新型的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置的技术方案中，其中所包括的各个模块装置和单元装置均能够对应于实际的具体硬件电路结构，因此这些模块和单元仅利用硬件电路结构就可以实现，不需要辅助以特定的控制软件即可以自动实现相应功能。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的装置包括数个半桥电源模块和与该半桥电源模块数量相对应的IGBT驱动模块，所述的半桥电源模块与供电电源相连接，各个所述的半桥电源模块分别通过各自对应的IGBT驱动模块与IGBT驱动模块相应的待驱动的绝缘栅双极型晶体管IGBT相连接。

2.根据权利要求1所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的半桥电源模块包括一半桥驱动单元、一变压器和一IGBT隔离驱动单元，所述的半桥驱动单元连接于所述的供电电源与变压器之间，所述的IGBT隔离驱动单元连接于所述的变压器与IGBT驱动模块之间。

3.根据权利要求2所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的变压器包括一原边绕组和一中间抽头的副边绕组，所述的原边绕组与所述的半桥驱动单元相连接，所述的副边绕组与所述的IGBT隔离驱动单元相连接。

4.根据权利要求1所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的IGBT驱动模块包括一IGBT驱动单元、一Vce检测电路、一有源箝位电路和一推挽输出电路，所述的IGBT驱动单元与所述的半桥电源模块相连接，所述的Vce检测电路和推挽输出电路均分别连接于所述的IGBT驱动单元与有源箝位电路之间，所述的有源箝位电路与待驱动的IGBT相连接。

5.根据权利要求4所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的IGBT驱动单元为1ED020I12-FA2驱动芯片。

6.根据权利要求1所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的装置还包括一DC-DC转换电路，所述的DC-DC转换电路连接于所述的供电电源与半桥电源模块之间。

7.根据权利要求6所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的DC-DC转换电路包括一SEPIC斩波电路、一防反接和滤波电路，所述的防反接和滤波电路连接于所述的供电电源与SEPIC斩波电路之间，所述的SEPIC斩波电路与所述的半桥电源模块相连接。

8.根据权利要求1所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的装置还包括一IGBT温度检测电路，所述的IGBT温度检测电路与待驱动的IGBT相连接。

9.根据权利要求8所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的IGBT温度检测电路包括数个与待驱动的IGBT相连接的温度检测单元、一SPI通信AD转换芯片和一光耦隔离单元，所述的SPI通信AD转换芯片连接于所述的温度检测模块与光耦隔离单元之间。

10.根据权利要求1所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的装置还包括一母线电压检测电路，该母线电压检测电路连接于待驱动的IGBT与一单片机之间。

11.根据权利要求1所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的装置设置于一PCB板上，所述的装置还包括一PCB板温度检测电路，该PCB板温度检测电路连接于所述的PCB板与一单片机之间。

12.根据权利要求1所述的基于独立电源的低干扰IGBT驱动装置，其特征在于，所述的装置还包括一错误信号处理电路，所述的错误信号处理电路与一单片机相连接。