CN203788258U - 一种新型igbt/mosfet驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种IGBT/MOSFET的驱动电路，该电路由通用的元件构成，可降低控制电路设计商的制造成本和风险。其技术方案是使用廉价的三级三极管驱动电路替代常规的专用集成驱动IC，对大电流的IGBT/MOSFET进行动控制。第一级和第二级用于实现正逻辑转换，把低压MCU I/O驱动电平转换为15V驱动电平。第三级为推挽式驱动电路，确保驱动目标IGBT管能饱和导通。本实用新型在保证原有性能不变的基础上，大幅降低了驱动电路的材料成本及对供应商的依赖度，增强了控制电路提供商的竞争能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于驱动IGBT/MOSFET的电路，该驱动电路仅采用通用元件构成。
背景技术
传统的空调控制器，由于MCU I/O口输出电压比较低，带载能力比较弱，不适合直接驱动大电流的IGBT/MOSFET，所以必须经过转换电路，以保证IGBT/MOSFET工作于饱和区。常规做法是：MCU I/O产生PWM输出，一般为3.3V或者5V驱动电平，经过专用集成驱动IC，转换为15V输出电平驱动信号，对IGBT/MOSFET进行驱动控制，其驱动原理图如图1所示。
由于集成驱动IC是专用器件，对于控制器电路设计商来说，会面临驱动IC使用环境单一、容易受到供货限制、采购价格高昂等问题的困扰。另外，若先前所使用的驱动IC退出市场，则控制器电路设计商更不得不重新选定替代产品并重新研发，由此会带来一系列不可预估的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种IGBT/MOSFET的驱动电路，该电路由通用的元件构成，可降低控制电路设计商的制造成本和风险。
为达到上述目的，本发明采取以下的技术方案：
一种新型IGBT/MOSFET驱动电路，包括：脉冲点MCU_PWM、接地点G-MCU1、驱动电源正P15V、动力电源正Vin、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q5、二极管D1、二极管D2、稳压二极管ZD1和电容E1；
所述晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3是NPN型；所述晶体管Q4是PNP型；所述晶体管Q5是驱动目标；
电阻R1的一端电连接至脉冲点MCU_PWM，电阻R1的另一端电连接至晶体管Q1的基极；
电阻R2的一端电连接至晶体管Q1的基极，电阻R2的另一端电连接至晶体管Q2的发射极；
电阻R3的一端电连接至驱动电源正P15V，电阻R3的另一端电连接至晶体管Q1的集电极；
电阻R4的一端电连接至晶体管Q1的集电极，电阻R4的另一端电连接至晶体管Q2的基极；
电阻R5的一端电连接至驱动电源正P15V，电阻R5的另一端电连接至晶体管Q2的集电极；
晶体管Q1的发射极电连接至接地点G-MCU1；晶体管Q2的发射极电连接至接地点G-MCU1；
晶体管Q3的基极电连接至晶体管Q2的集电极，晶体管Q3的集电极电连接至驱动电源正P15V，晶体管Q3的发射极电连接至晶体管Q4的发射极；
晶体管Q4的基极电连接至晶体管Q2的集电极，晶体管Q4的集电极电连接至接地点G-MCU1；
电阻R6的一端电连接至晶体管Q3的发射极，电阻R6的另一端电连接至晶体管Q5的门极；
电阻R7的一端电连接至晶体管Q5的门极，电阻R7的另一端电连接至晶体管Q5的发射极；
二极管D1的正极与晶体管Q5的门极电连接，二极管D1的负极与晶体管Q3的发射极电连接；
二极管D2的正极与动力电源正Vin电连接，二极管D2的负极与电容E1的正极电连接；电容E1的负极与接地点G-MCU1电连接；
稳压二极管ZD1的正极与晶体管Q5的发射极电连接，稳压二极管ZD1的负极与晶体管Q5的门极电连接；
晶体管Q5的集电极与动力电源正Vin电连接，晶体管Q5的发射极与接地点G-MCU1电连接。
本发明使用廉价通用的三级三极管驱动电路替代常规的专用集成驱动IC对大电流的IGBT/MOSFET进行动控制，在保证原有性能不变的基础上，大幅降低了驱动电路的材料成本及对供应商的依赖度，增强了控制电路提供商的竞争能力。
附图说明
图1是现有技术中对IGBT/MOSFET进行驱动控制的原理图；
图2是实施例对IGBT/MOSFET进行驱动控制的原理图；
图3是实施例的电路原理图；
图4是实施例的晶体管Q5的GE极间驱动波形；
图5是图4的正波段的放大图；
图6是图4的负波段的放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。
如图2所示，本实施例使用廉价的三级三极管驱动电路替代常规的专用集成驱动IC，对大电流的IGBT/MOSFET进行动控制。第一级和第二级用于实现正逻辑转换，把低压MCU I/O驱动电平转换为15V驱动电平。第三级为推挽式驱动电路，确保驱动目标IGBT管能饱和导通。
如图3所示，本实施的具体电路如下：包括：脉冲点MCU_PWM、接地点G-MCU1、驱动电源正P15V、动力电源正Vin、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q5、二极管D1、二极管D2、稳压二极管ZD1和电容E1。
其中：
晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3是NPN型；晶体管Q4是PNP型；晶体管Q5是驱动目标IGBT管；脉冲点MCU_PWM是前级MCU的PWM输出点；接地点G-MCU1是前级MCU的接地；驱动电源正P15V是本三级三极管驱动电路所用电源；动力电源正Vin是晶体管Q5的控制对象。
如图3所示，
电阻R1的一端电连接至脉冲点MCU_PWM，电阻R1的另一端电连接至晶体管Q1的基极；
电阻R2的一端电连接至晶体管Q1的基极，电阻R2的另一端电连接至晶体管Q2的发射极；
电阻R3的一端电连接至驱动电源正P15V，电阻R3的另一端电连接至晶体管Q1的集电极；
电阻R4的一端电连接至晶体管Q1的集电极，电阻R4的另一端电连接至晶体管Q2的基极；
电阻R5的一端电连接至驱动电源正P15V，电阻R5的另一端电连接至晶体管Q2的集电极；
晶体管Q1的发射极电连接至接地点G-MCU1；晶体管Q2的发射极电连接至接地点G-MCU1；
晶体管Q3的基极电连接至晶体管Q2的集电极，晶体管Q3的集电极电连接至驱动电源正P15V，晶体管Q3的发射极电连接至晶体管Q4的发射极；
晶体管Q4的基极电连接至晶体管Q2的集电极，晶体管Q4的集电极电连接至接地点G-MCU1；
电阻R6的一端电连接至晶体管Q3的发射极，电阻R6的另一端电连接至晶体管Q5的门极；
电阻R7的一端电连接至晶体管Q5的门极，电阻R7的另一端电连接至晶体管Q5的发射极；
二极管D1的正极与晶体管Q5的门极电连接，二极管D1的负极与晶体管Q3的发射极电连接；
二极管D2的正极与动力电源正Vin电连接，二极管D2的负极与电容E1的正极电连接；电容E1的负极与接地点G-MCU1电连接；
稳压二极管ZD1的正极与晶体管Q5的发射极电连接，稳压二极管ZD1的负极与晶体管Q5的门极电连接；
晶体管Q5的集电极与动力电源正Vin电连接，晶体管Q5的发射极与接地点G-MCU1电连接。
以下对本发明实施例的工作原理进行描述：
第一级驱动电路由电阻R1，电阻R2，电阻R3和晶体管Q1组成。电阻R1对晶体管Q1起到限流作用，以免晶体管Q1饱和导通后BE极间电流过大，导致晶体管Q1损坏。电阻R2确保前级的MCU上电初始化完成前，晶体管Q1工作于截止区，以免MCU上电瞬间I/O口电平状态不确定，导致晶体管Q1误导通；电阻R3用于限制晶体管Q1导通时的CE极间电流，以免电流过大损坏晶体管Q1；
第二级驱动电路由电阻R4，电阻R5和晶体管Q2构成。电阻R4限制晶体管Q2导通时BE极间电流大小，电阻R5限制晶体管Q2CE极间电流，使晶体管Q2工作于饱和区；当脉冲点MCU_PWM输出为高电平，例如3.3V时，晶体管Q1饱和导通，V1节点输出低电平，晶体管Q2截止，V2节点输出高电平15V；反之当脉冲点MCU_PWM输出为低电平时，晶体管Q1截止，V1节点输出高电平15V，晶体管Q2饱和导通，V2节点输出低电平，由此可见V2节点电压跟随脉冲点MCU_PWM的变化，实现低电压（3.3V）与高电压（15V）逻辑之间的转换。
第三级驱动电路由晶体管Q3、晶体管Q4、电阻R6、电阻R7、稳压二极管ZD1、二极管D1和晶体管Q5组成，晶体管Q3和晶体管Q4使用一对参数对称的大电流三极管组成推挽式驱动电路，为晶体管Q5饱和导通提供足够的驱动能力。电阻R6的加入限制了晶体管Q3、晶体管Q5导通时回路电流，并且限制晶体管Q5开通时的瞬间尖峰电压。电阻R7确保晶体管Q5能有效的截止关闭。稳压二极管ZD1保护晶体管Q5，防止其遭受浪涌电压带来的致命损坏；二极管D1的加入有效地加快晶体管Q5截止的速度。当V2节点为高电平时，晶体管Q3饱和导通，晶体管Q4，二极管D1截止，晶体管Q5饱和导通；反之晶体管Q4导通，二极管D1导通,并加速电荷的释放，使晶体管Q5快速有效地进入截止区。
本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种新型IGBT/MOSFET驱动电路，其特征是：包括：脉冲点MCU_PWM、接地点G-MCU1、驱动电源正P15V、动力电源正Vin、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q5、二极管D1、二极管D2、稳压二极管ZD1和电容E1；
所述晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3是NPN型；所述晶体管Q4是PNP型；所述晶体管Q5是驱动目标；电阻R1的一端电连接至脉冲点MCU_PWM，电阻R1的另一端电连接至晶体管Q1的基极；电阻R2的一端电连接至晶体管Q1的基极，电阻R2的另一端电连接至晶体管Q2的发射极；电阻R3的一端电连接至驱动电源正P15V，电阻R3的另一端电连接至晶体管Q1的集电极；电阻R4的一端电连接至晶体管Q1的集电极，电阻R4的另一端电连接至晶体管Q2的基极；电阻R5的一端电连接至驱动电源正P15V，电阻R5的另一端电连接至晶体管Q2的集电极；晶体管Q1的发射极电连接至接地点G-MCU1；晶体管Q2的发射极电连接至接地点G-MCU1；晶体管Q3的基极电连接至晶体管Q2的集电极，晶体管Q3的集电极电连接至驱动电源正P15V，晶体管Q3的发射极电连接至晶体管Q4的发射极；晶体管Q4的基极电连接至晶体管Q2的集电极，晶体管Q4的集电极电连接至接地点G-MCU1；电阻R6的一端电连接至晶体管Q3的发射极，电阻R6的另一端电连接至晶体管Q5的门极；电阻R7的一端电连接至晶体管Q5的门极，电阻R7的另一端电连接至晶体管Q5的发射极；二极管D1的正极与晶体管Q5的门极电连接，二极管D1的负极与晶体管Q3的发射极电连接；二极管D2的正极与动力电源正Vin电连接，二极管D2的负极与电容E1的正极电连接；电容E1的负极与接地点G-MCU1电连接；稳压二极管ZD1的正极与晶体管Q5的发射极电连接，稳压二极管ZD1的负极与晶体管Q5的门极电连接；晶体管Q5的集电极与动力电源正Vin电连接，晶体管Q5的发射极与接地点G-MCU1电连接。
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