CN204168140U - Igbt驱动模块、电机驱动控制器和动力驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种IGBT驱动模块、电机驱动控制器和动力驱动系统，所述IGBT驱动模块包括IGBT驱动电路和DC-DC变换电路，其中：所述DC-DC变换电路与所述IGBT驱动电路相连，用于通过调节驱动信号的占空比来产生大小符合预期的正负驱动电源，并提供给所述IGBT驱动电路，以解决IGBT驱动模块的低功耗和高可靠性设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种IGBT驱动模块、电机驱动控制器和动力驱动系统。
背景技术
电动汽车的动力驱动系统包括动力电池、电机驱动控制器、电机等。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)驱动模块是所述电机驱动控制器的核心组件之一。
现有的IGBT驱动模块包括IGBT驱动电路和DC-DC变换电路，其中，DC-DC变换电路采用稳压二极管分压的方式来产生IGBT驱动电路所需要的正负驱动电源。但是，稳压二极管本身功耗比较大，且长时间工作在高温环境下可靠性较差，因此亟需一种低功耗、高可靠性的IGBT驱动模块。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种IGBT驱动模块、电机驱动控制器和动力驱动系统，以解决IGBT驱动模块的低功耗和高可靠性设计。
一种IGBT驱动模块，包括IGBT驱动电路和DC-DC变换电路，其中：
所述DC-DC变换电路与所述IGBT驱动电路相连，用于通过调节驱动信号的占空比来产生大小符合预期的正负驱动电源，并提供给所述IGBT驱动电路。
其中，所述DC-DC变换电路包括方波产生电路和不对称半桥电路，其中：
所述方波产生电路，用于产生占空比符合预期的方波驱动信号；
所述不对称半桥电路连接所述方波产生电路和所述IGBT驱动电路，用于对所述方波驱动信号进行功率放大、电气隔离和整流，得到正负驱动电压，并输出给所述IGBT驱动电路。
其中，所述方波产生电路包括定时器和外围电路，所述外围电路用于使所述定时器输出占空比符合预期的方波驱动信号。
其中，所述定时器为555定时器，具有GND引脚、Trigger引脚、Output引脚、Reset引脚、Control Voltage引脚、Threshold引脚、Discharge引脚和VCC引脚；所述外围电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第一电容、第二电容和第三电容，其中：
电源电压依次经所述第一电阻、所述第二电阻和所述第一电容接地；所述第一二极管并联在所述第二电阻两端；所述GND引脚接地；所述Trigger引脚接所述Threshold引脚；所述Reset引脚接电源电压；所述Control Voltage引脚经所述第二电容接地；所述Threshold引脚接所述第二电阻与所述第一电容的中间节点；所述Discharge引脚接所述第一电阻与所述第二电阻的中间节点；所述VCC引脚接电源电压，并经所述第三电容接地。
其中，所述不对称半桥电路包括MIC4452半桥芯片、第四电容、第五电容、第六电容、高频变压器以及一个或多个整流单元；所述整流单元包括第二二极管、第三二极管、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容和第十三电容，其中：
所述MIC4452半桥芯片的两个VS引脚均接电源电压，并分别经所述第四电容、所述第五电容接地；所述MIC4452半桥芯片的IN引脚接所述555定时器的Output引脚；所述MIC4452半桥芯片的GND引脚接地；所述MIC4452半桥芯片的OUT引脚经所述第六电容接所述高频变压器原边的一端，其原边的另一端接地；
所述高频变压器副边的第一端接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极经相并联的所述第七电容、所述第八电容、所述第九电容和所述第十电容接所述高频变压器副边的第二端；所述高频变压器副边的第一端接所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极经相并联的所述第十一电容、所述第十二电容和所述第十三电容接所述高频变压器副边的第二端。
其中，所述高频变压器为EP17高频变压器。
可选地，所述不对称半桥电路还包括第四二极管、第五二极管和第三电阻，其中：
所述第四二极管的阳极接所述MIC4452半桥芯片的IN引脚，其阴极接电源电压；所述第五二极管的阳极接地，其阴极接所述IN引脚；所述第三电阻一端接所述电源电压，另一端接所述IN引脚。
其中，所述IGBT驱动电路包括光耦隔离电路和推挽功率放大电路。
一种电机驱动控制器，包括上述任一种IGBT驱动模块。
一种电动汽车的动力驱动系统，包括：电机、动力电池以及上述电机驱动控制器。
从上述的技术方案可以看出，本实用新型对DC-DC变换电路的电路结构进行改进，通过调节驱动信号的占空比来产生IGBT驱动电路工作需要的正负驱动电源，由于改进后的DC-DC变换电路不涉及稳压二极管的分压工作，因此不存在稳压二极管功耗大、长时间工作在高温环境下可靠性较差的问题，实现了IGBT驱动模块的低功耗和高可靠性设计。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例公开的一种DC-DC变换电路结构示意图；
图2为本实用新型实施例公开的一种IGBT驱动电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例公开了一种IGBT驱动模块，以实现IGBT驱动模块的低功耗和高可靠性设计，包括IGBT驱动电路和DC-DC变换电路，其中：
所述DC-DC变换电路与所述IGBT驱动电路相连，用于通过调节驱动信号的占空比来产生大小符合预期的正负驱动电源，并提供给所述IGBT驱动电路。
本实施例对DC-DC变换电路的电路结构进行改进，通过调节驱动信号的占空比来产生IGBT驱动电路工作需要的正负驱动电源，由于改进后的DC-DC变换电路不涉及稳压二极管的分压工作，因此不存在稳压二极管功耗大、长时间工作在高温环境下可靠性较差的问题，实现了IGBT驱动模块的低功耗和高可靠性设计。
下面，对所述DC-DC变换电路的结构及原理进行更为详细的描述。
参见图1，所述DC-DC变换电路包括方波产生电路100和不对称半桥电路200，其中：
方波产生电路100，用于产生占空比符合预期的方波驱动信号；
不对称半桥电路200连接方波产生电路100和IGBT驱动电路，用于对所述方波驱动信号进行功率放大、电气隔离和整流，得到正负驱动电源，并输出给所述IGBT驱动电路。
1)关于方波产生电路100
方波产生电路100包括定时器和外围电路，所述外围电路用于使所述定时器输出占空比符合预期的方波驱动信号。其拓扑结构如下：
所述定时器优选555定时器U1，具有GND引脚1、Trigger引脚2、Output引脚3、Reset引脚4、Control Voltage引脚5、Threshold引脚6、Discharge引脚7和VCC引脚8；所述外围电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；
其中，电源电压VCC(本实施例中VCC＝+15V)依次经第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1接地；第一二极管D1并联在第二电阻R2两端；GND引脚1接地；Trigger引脚2接Threshold引脚6；Reset引脚4接电源电压VCC；ControlVoltage引脚5经第二电容C2接地；Threshold引脚6接第二电阻R2与第一电容C1的中间节点；Discharge引脚7接第一电阻R1与第二电阻R2的中间节点；VCC引脚8接电源电压VCC，并经第三电容C3接地。
在该拓扑结构下，Ton＝0.695×R1×C1，Toff＝0.695×R2×C1，产生的方波驱动信号的占空比为：式中，Ton为方波驱动信号在一个脉冲周期内的高电平持续时间，Toff为方波驱动信号在一个脉冲周期内的低电平持续时间。
可见，通过调整第一电阻R1和第二电阻R2的阻值，即可得到占空比符合预期的方波驱动信号。
2)关于不对称半桥电路200
不对称半桥电路200包括MIC4452半桥芯片U2、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、高频变压器T1以及一个或多个整流单元；所述整流单元包括第二二极管D2、第三二极管D3、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12和第十三电容C13；
其中，MIC4452半桥芯片U2的两个VS引脚均接电源电压VCC，并分别经第四电容C4、第五电容C5接地；MIC4452半桥芯片U2的IN引脚接555定时器U1的Output引脚3；MIC4452半桥芯片U2的GND引脚接地；MIC4452半桥芯片U2的OUT引脚经第六电容C6接高频变压器T1原边的一端，其原边的另一端接地；
高频变压器T1副边的第一端1接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极经相并联的第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10接高频变压器T1副边的第二端2；高频变压器T1副边的第一端1接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极经相并联的第十一电容C11、第十二电容C12和第十三电容C13接高频变压器T1副边的第二端2。
假设占空比为D，在Ton时间段(高频变压器T1副边的第一端1为正、第二端2为负)，电流回路为第一端1→D2→C7/C8/C9/C10→第二端2，则正驱动电源DRV1+处电压为D×V，其中V为电源电压VCC的大小；在Toff时间段(高频变压器T1副边的第一端1为负、第二端2为正)，电流回路为第二端2→C11/C12/C13→D3→第一端1，则负驱动电源DRV1-处电压为-(1-D)×V(图中，A_H_E为参考地)。可见，通过合理设置占空比D的大小，即可得到期望的正负驱动电源。
作为优选，不对称半桥电路200还包括第四二极管D4、第五二极管D5和第三电阻R3，其中：第四二极管D4的阳极接MIC4452半桥芯片U2的IN引脚，其阴极接电源电压VCC；第五二极管D5的阳极接地，其阴极接所述IN引脚；第三电阻R3一端接电源电压VCC，另一端接所述IN引脚。第四二极管D4、第五二极管D5和第三电阻R3用于通过限制电压范围来保护MIC4452半桥芯片U2的IN引脚。
其中需要说明的是，所述整流单元的个数根据IGBT驱动电路的个数而定，1个整流单元对应连接1个IGBT驱动电路。图1仅以包括两个整流单元作为示例，图中，DRV2+和DRV2-分别为第二个整流电路要输出的正负驱动电源，A_L_E为参考地。
其中，高频变压器T1优选EP17，但并不局限。
图2为本实用新型实施例公开的一种IGBT驱动电路。该IGBT驱动电路包括光耦隔离电路和推挽功率放大电路，所述光耦隔离电路通过光耦U3、U4进行高低压的隔离，集成了IGBT驱动、短路保护、电源监测功能、软关断功能。所述推挽功率放大电路利用Q1、Q2、Q3、Q4推挽放大三极管构建，以进一步提高所述IGBT驱动电路的驱动能量。
所述IGBT驱动电路的个数根据其要驱动的IGBT的个数而定。其中U3、U4优选ACPL-332，Q1、Q3优选ZXTP2012，Q2、Q4优选ZXTN2010。
此外，本实用新型实施例还公开了一种电机驱动控制器，它具有上述任一种IGBT驱动模块。
此外，本实用新型实施例还公开了一种电动汽车的动力驱动系统，它包括：电机、动力电池，以及上述电机驱动控制器。
综上所述，本实用新型对DC-DC变换电路的电路结构进行改进，通过调节驱动信号的占空比来产生IGBT驱动电路工作需要的正负驱动电源，由于改进后的DC-DC变换电路不涉及稳压二极管的分压工作，因此不存在稳压二极管功耗大、长时间工作在高温环境下可靠性较差的问题，实现了IGBT驱动模块的低功耗和高可靠性设计。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种IGBT驱动模块，其特征在于，包括IGBT驱动电路和DC-DC变换电路，其中：
所述DC-DC变换电路与所述IGBT驱动电路相连，用于通过调节驱动信号的占空比来产生大小符合预期的正负驱动电源，并提供给所述IGBT驱动电路。
2.根据权利要求1所述的IGBT驱动模块，其特征在于，所述DC-DC变换电路包括方波产生电路和不对称半桥电路，其中：
所述方波产生电路，用于产生占空比符合预期的方波驱动信号；
所述不对称半桥电路连接所述方波产生电路和所述IGBT驱动电路，用于对所述方波驱动信号进行功率放大、电气隔离和整流，得到正负驱动电压，并输出给所述IGBT驱动电路。
3.根据权利要求2所述的IGBT驱动模块，其特征在于，所述方波产生电路包括定时器和外围电路，其中，所述外围电路用于使所述定时器输出占空比符合预期的方波驱动信号。
4.根据权利要求3所述的IGBT驱动模块，其特征在于，所述定时器为555定时器，具有GND引脚、Trigger引脚、Output引脚、Reset引脚、Control Voltage引脚、Threshold引脚、Discharge引脚和VCC引脚；所述外围电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第一电容、第二电容和第三电容，其中：
电源电压依次经所述第一电阻、所述第二电阻和所述第一电容接地；所述第一二极管并联在所述第二电阻两端；所述GND引脚接地；所述Trigger引脚接所述Threshold引脚；所述Reset引脚接电源电压；所述Control Voltage引脚经所述第二电容接地；所述Threshold引脚接所述第二电阻与所述第一电容的中间节点；所述Discharge引脚接所述第一电阻与所述第二电阻的中间节点；所述VCC引脚接电源电压，并经所述第三电容接地。
5.根据权利要求4所述的IGBT驱动模块，其特征在于，所述不对称半桥电路包括MIC4452半桥芯片、第四电容、第五电容、第六电容、高频变压器以及一个或多个整流单元；所述整流单元包括第二二极管、第三二极管、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容和第十三电容，其中：
所述MIC4452半桥芯片的两个VS引脚均接电源电压，并分别经所述第四电容、所述第五电容接地；所述MIC4452半桥芯片的IN引脚接所述555定时器的Output引脚；所述MIC4452半桥芯片的GND引脚接地；所述MIC4452半桥芯片的OUT引脚经所述第六电容接所述高频变压器原边的一端，其原边的另一端接地；
所述高频变压器副边的第一端接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极经相并联的所述第七电容、所述第八电容、所述第九电容和所述第十电容接所述高频变压器副边的第二端；所述高频变压器副边的第一端接所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极经相并联的所述第十一电容、所述第十二电容和所述第十三电容接所述高频变压器副边的第二端。
6.根据权利要求5所述的IGBT驱动模块，其特征在于，所述高频变压器为EP17高频变压器。
7.根据权利要求5或6所述的IGBT驱动模块，其特征在于，所述不对称半桥电路还包括第四二极管、第五二极管和第三电阻，其中：
所述第四二极管的阳极接所述MIC4452半桥芯片的IN引脚，其阴极接电源电压；所述第五二极管的阳极接地，其阴极接所述IN引脚；所述第三电阻一端接所述电源电压，另一端接所述IN引脚。
8.根据权利要求1所述的IGBT驱动模块，其特征在于，所述IGBT驱动电路包括光耦隔离电路和推挽功率放大电路。
9.一种电机驱动控制器，其特征在于，包括：权利要求1-8中任一项所述的IGBT驱动模块。
10.一种电动汽车的动力驱动系统，其特征在于，包括：电机、动力电池，以及权利要求9所述的电机驱动控制器。
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