CN204046407U - 一种多电平igbt驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了本实用新型公开了一种低成本多电平IGBT驱动电路，包括直流隔离电源电路、第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路。直流隔离电源电路包括高性能固定频率电流模式控制器UC2845、电源软启动电路、脉冲变压器T1和输出电源滤波电路。第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路相同，包含光耦隔离驱动电路和推挽输出驱动电路。本实用新型提供了一种低成本、高性能的多电平IGBT驱动电路，该电路外围信号简单，仅需一路输入电源、两路PWM信号输入即可产生两路电气隔离的IGBT驱动信号，在多电平IGBT驱动领域中具有成本低、PCB布板尺寸小、高可靠性的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子，尤其涉及一种低成本多电平IGBT驱动电路。。
背景技术
目前，随着半导体技术的进步，大量的以全控型开关器件（IGBT）为核心的电力电子设备在家电、工业、汽车以及军事等电力变化应用场合得到了广泛的应用。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
随着人们对电力变化效率和高压大功率的追求，多电平IGBT技术的发展也日趋白热化。多电平IGBT由于开关管的增加，其驱动器的的设计业较为复杂，驱动器的成本也占据了不可忽视。在传统的多电平驱动电路方案中，存在驱动电路输入所需电源数量大、电路复杂、故障率高、驱动电路体积大、成本高等问题。
实用新型内容
本实用新型针对现有产品的缺点而提出，提供了一种能够应用在多电平IGBT拓扑驱动的低成本、高可靠性的驱动电路。
本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种多电平IGBT驱动电路，包括：直流隔离电源电路，用于产生隔离的两路正负电压的直流电源，分别与第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路的电源输入相连；
第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路，其中，所述第一IGBT驱动电路的PWM输入通过插针引脚与从外部引入，输出连接IGBT的G极和E极，用于驱动第一IGBT开通与关断；第二IGBT驱动电路的PWM输入通过插针引脚与从外部引入，输出连接第二IGBT的G极和E极，用于驱动第二IGBT开通与关断，且所述第二IGBT驱动电路与第一IGBT驱动电路完全相同。
优选的是，所述直流隔离电源电路具体包括：电源软启动电路（11），控制器UC2845电路（12），脉冲变压器T1电路（13）及电源输出滤波电路（14）；
其中，电源软启动电路（11）设于控制器UC2845电路（12）之前，用于通过对电容充电使参考电压缓慢上升到指定值；所述控制器UC2845电路（12），用于产生PWM波形；所述脉冲变压器电路T1（13），用于根据所述PWM波形产生等比例的脉冲电流；所述电源滤波电路（14），用于将所述脉冲变压器电路T1（13）产生的脉冲电压进行低通滤波。
优选的是，所述电源软启动电路（11）具体包括：电阻R5、R3，二极管D3、D5以及电容C7，二极管D5的阳极与电阻R5同时连接控制器的补偿端1脚，D5的阴极与D3的阳极连接电容C7的正极，电容C7的另一端接地，电阻R3并联接在D3上。
优选的是，所述控制器UC2845电路（12）具体包括: 控制器UC2845和外围电路，所述外围电路包括：由振荡电阻R2和电容C12构成的振荡电路，其中，电阻R2的1端接UC2845的8脚，2端接UC2845的4脚，C12一端接UC2845的4脚一端接地，控制器的电压反馈脚2和电流反馈脚3通过电阻R7和R8接地。
优选的是，所述脉冲变压器T1电路（13）包括：脉冲变压器T1和外围器件，所述外围器件包括： NPN三极管Q1和PNP三极管Q2，电阻R1、R9，电容C6、C14，变压器的原边接三极管Q1的E极和Q2的C极，其中，电阻R1、R9分别接Q1的C极和Q2的E极，其另一端分别接VCC和GND，电阻R6和C6并联接在Q1和Q2的B极与控制器的6脚之间，二极管D8接在控制器6脚与GND之间。
优选的是，所述电源输出滤波电路（14）包括：
两路独立的输出滤波电路，第一路电源滤波电路包括电容C1、C2、C3、C4、C5，电阻R4,二极管D2、D4以及稳压管D1、电容C2一端接在变压器副边，另一端接在二极管D2与D4的阳极与阴极之间，电容C1、C3和D1并联，C4、C5和R4并联后最终串联；
C1的正极接二极管D2的阴极构成正直流电源VD1，C4的负极接二极管D4的阳极构成负直流电源VS1，电容C1与C4的中点构成电源零电位VN1；
所述第二路电源滤波电路，具体包括：包含电容C10、C8、C13、C11、C15，电阻R10,二极管D7、D9以及稳压管D6，其中，电容C10一端接在变压器副边，另一端接在二极管D7与D9的阳极与阴极之间。电容C8、C11和D7并联，C13、C15和R10并联后最终串联。
优选的是，所述第一IGBT驱动电路，具体包含：光耦隔离驱动电路（21）和推挽输出驱动电路（22），其中，所述光耦隔离驱动电路（21），用于将输入的PWM信号进行光电隔离，其产生的隔离信号驱动推挽输出三极管电路（22）,使推挽输出驱动电路（22）的三极管导通或截止。
优选的是，所述光耦隔离驱动电路（21），包括：光耦驱动器HCPL3120（U2），电阻R12、R13、R14，二极管D13以及电容C16，电阻R12一端接外部输入PWM信号，电阻R14，C16与D13并联后一端接地，一端接R12的另一端。驱动器的2脚接电阻R13,3脚接地，R13另一端接R12。
优选的是，所述推挽输出驱动电路包括：NPN三极管Q3、PNP三极管Q5，二极管D10、D11，电阻R11，电容C17，且电容C17并联在外部IGBT的G极与E极之间，二极管D10接在电源VD1与G极之间，R11与D11并联后接在IGBT的G极与三极管推挽输出之间。
本实用新型采取了上述方案以后，该驱动电路仅需要单电源输入，两路独立PWM驱动信号输入即可完成对不共地的IGBT进行正压驱动导通、负压驱动关断的功能，具有较好的技术效果。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，以使得本实用新型的上述优点更加明确。
图1是本实用新型多电平IGBT驱动电路中直流隔离电源电路的示意图；
图2本实用新型多电平IGBT驱动电路中第一和第二IGBT驱动电路的示意图。
具体实施方式
本实用新型实现上述目的所采取的技术方案如下：
本实用新型多电平IGBT驱动电路，原理分两部分如图1和图2所示。
直流隔离电源电路如图1所示，电源软启动电路11包括电阻R5、R3，二极管D3、D5以及电容C7，二极管D5的阳极与电阻R5同时连接控制器的补偿端1脚，D5的阴极与D3的阳极连接电容C7的正极，电容C7的另一端接地，电阻R3并联接在D3上。控制器UC2845的外围电路12由振荡电阻R2，电容C12构成振荡电路，电阻R2的1端接UC2845的8脚，2端接UC2845的4脚，C12一端接UC2845的4脚一端接地，控制器的电压反馈脚2和电流反馈脚3通过电阻R7和R8接地。脉冲变压器T1外围器件13有NPN三极管Q1和PNP三极管Q2，电阻R1、R9，电容C6、C14，变压器的原边接三极管Q1的E极和Q2的C极。电阻R1、R9分别接Q1的C极和Q2的E极，其另一端分别接VCC和GND。电阻R6和C6并联接在Q1和Q2的B极与控制器的6脚之间。二极管D8接在控制器6脚与GND之间。电源输出滤波电路14包含两路独立的输出滤波电路，第一路电源滤波电路包括电容C2、C2、C4、C3、C5，电阻R4,二极管D2、D4以及稳压管D1.电容C2一端接在变压器副边，另一端接在二极管D2与D4的阳极与阴极之间。电容C1、C3和D1并联，C4、C5和R4并联后最终串联。C1的正极接二极管D2的阴极构成正直流电源VD1，C4的负极接二极管D4的阳极构成负直流电源VS1，电容C1与C4的中点构成电源零电位VN1.第二路电源滤波电路包含电容C10、C8、C13、C11、C15，电阻R10,二极管D7、D9以及稳压管D6，连接方式与第一电源滤波电路相同。
第一和第二IGBT驱动电路如图2所示，包含光耦隔离驱动电路21和推挽输出驱动电路22，光耦隔离驱动电路包含光耦驱动器HCPL3120（U2），电阻R12、R13、R14，二极管D13以及电容C16，电阻R12一端接外部输入PWM信号，电阻R14，C16与D13并联后一端接地，一端接R12的另一端。驱动器的2脚接电阻R13,3脚接地，R13另一端接R12。推挽输出驱动电路包括NPN三极管Q3、PNP三极管Q5，二极管D10、D11，电阻R11，电容C17。电容C17并联在外部IGBT的G极与E极之间，二极管D10接在电源VD1与G极之间，R11与D11并联后接在IGBT的G极与三极管推挽输出之间。
本实用新型的低成本多电平IGBT驱动电路的原理如下：
将PWM控制器的电压反馈端和电流反馈端通过电阻接地，使电压反馈和电流反馈为零，使控制器的内部调节器输出正向饱和。选取恰当的R2和C12参数，使振荡周期在1us至1.25us之间，根据控制器的器件手册，使选取的R2阻值满足PWM占空比的最大值不大于42%，即固定PWM占空比为40%。设计合理的脉冲变压器T1的变比N，在变压器原边和副边串联电容来隔里直流电流。这样在副边绕组上产生的脉冲电压幅值为N倍的原边脉冲电压。脉冲电压经过二极管整流即可得到直流电压(VD1-VS1)，这个直流电压是由电容串联支撑，对上部直流电容并联稳压二极管，即可稳定上部直流电压，这样即得到了稳定的正负直流电源。这个直流电源的电压是由PWM控制器的占空比和变压器的绕组唯一决定的，正负直流电源的比例是由稳压管唯一决定的。
得到正负直流电压是驱动IGBT的前提调节，当驱动信号使能时，光耦隔离驱动管内部三极管导通，使推挽输出三极管的基极为高电平，即推挽三极管的输出为正电压，IGBT的Vge为高电平，驱动IGBT导通。当驱动信号不使能时，推挽电路中的NPN三极管Q3截止，PNP三极管Q5导通，输出负电压，驱动IGBT截止。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
本实用新型将控制器的电压反馈与电流反馈接地，使控制器输出固定频率和占空比的PWM波来驱动三极管，减少了反馈电路、减少了反馈调节引起的调节振荡，使结构更为简单，通过稳压管来实现输出电压的稳定，通过合理选取变压器的绕组来实现输出所期望的电压，大大减少了外围控制器件的数量，因而能够提高可靠性、使PCB布板尺寸更小，节省成本。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多电平IGBT驱动电路，其特征在于，包括：直流隔离电源电路，用于产生隔离的两路正负电压的直流电源，分别与第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路的电源输入相连；
第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路，其中，所述第一IGBT驱动电路的PWM输入通过插针引脚与从外部引入，输出连接IGBT的G极和E极，用于驱动第一IGBT开通与关断；第二IGBT驱动电路的PWM输入通过插针引脚与从外部引入，输出连接第二IGBT的G极和E极，用于驱动第二IGBT开通与关断，且所述第二IGBT驱动电路与第一IGBT驱动电路完全相同所述直流隔离电源电路具体包括：电源软启动电路（11），控制器UC2845电路（12），脉冲变压器T1电路（13）及电源输出滤波电路（14）；
其中，电源软启动电路（11）设于控制器UC2845电路（12）之前，用于通过对电容充电使参考电压缓慢上升到指定值；所述控制器UC2845电路（12），用于产生PWM波形；所述脉冲变压器电路T1（13），用于根据所述PWM波形产生等比例的脉冲电流；所述电源滤波电路（14），用于将所述脉冲变压器电路T1（13）产生的脉冲电压进行低通滤波。
2.根据权利要求1所述的多电平IGBT驱动电路，其特征在于，所述电源软启动电路（11）具体包括：电阻R5、R3，二极管D3、D5以及电容C7，二极管D5的阳极与电阻R5同时连接控制器的补偿端1脚，D5的阴极与D3的阳极连接电容C7的正极，电容C7的另一端接地，电阻R3并联接在D3上。
3.根据权利要求1所述的多电平IGBT驱动电路，其特征在于，所述控制器UC2845电路（12）具体包括: 控制器UC2845和外围电路，所述外围电路包括：由振荡电阻R2和电容C12构成的振荡电路，其中，电阻R2的1端接UC2845的8脚，2端接UC2845的4脚，C12一端接UC2845的4脚一端接地，控制器的电压反馈脚2和电流反馈脚3通过电阻R7和R8接地。
4.根据权利要求1所述的多电平IGBT驱动电路，其特征在于，所述脉冲变压器T1电路（13）包括：脉冲变压器T1和外围器件，所述外围器件包括： NPN三极管Q1和PNP三极管Q2，电阻R1、R9，电容C6、C14，变压器的原边接三极管Q1的E极和Q2的C极，其中，电阻R1、R9分别接Q1的C极和Q2的E极，其另一端分别接VCC和GND，电阻R6和C6并联接在Q1和Q2的B极与控制器的6脚之间，二极管D8接在控制器6脚与GND之间。
5.根据权利要求1所述的多电平IGBT驱动电路，其特征在于，所述电源输出滤波电路（14）包括：
两路独立的输出滤波电路，第一路电源滤波电路包括电容C1、C2、C3、C4、C5，电阻R4,二极管D2、D4以及稳压管D1、电容C2一端接在变压器副边，另一端接在二极管D2与D4的阳极与阴极之间，电容C1、C3和D1并联，C4、C5和R4并联后最终串联；
C1的正极接二极管D2的阴极构成正直流电源VD1，C4的负极接二极管D4的阳极构成负直流电源VS1，电容C1与C4的中点构成电源零电位VN1；
第二路电源滤波电路，具体包括：包含电容C10、C8、C13、C11、C15，电阻R10,二极管D7、D9以及稳压管D6，其中，电容C10一端接在变压器副边，另一端接在二极管D7与D9的阳极与阴极之间，电容C8、C11和D7并联，C13、C15和R10并联后最终串联。
6.根据权利要求1所述的多电平IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一IGBT驱动电路，具体包含：光耦隔离驱动电路（21）和推挽输出驱动电路（22），其中，所述光耦隔离驱动电路（21），用于将输入的PWM信号进行光电隔离，其产生的隔离信号驱动推挽输出三极管电路（22）,使推挽输出驱动电路（22）的三极管导通或截止。
7.根据权利要求6所述的多电平IGBT驱动电路，其特征在于，所述光耦隔离驱动电路（21），包括：光耦驱动器HCPL3120（U2），电阻R12、R13、R14，二极管D13以及电容C16，电阻R12一端接外部输入PWM信号，电阻R14，C16与D13并联后一端接地，一端接R12的另一端，驱动器的2脚接电阻R13,3脚接地，R13另一端接R12。
8.根据权利要求7所述的多电平IGBT驱动电路，其特征在于，所述推挽输出驱动电路包括：NPN三极管Q3、PNP三极管Q5，二极管D10、D11，电阻R11，电容C17，且电容C17并联在外部IGBT的G极与E极之间，二极管D10接在电源VD1与G极之间，R11与D11并联后接在IGBT的G极与三极管推挽输出之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20141224 Termination date: 20170506 |