CN204928559U - 一种半桥igbt驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半桥IGBT驱动电路，包括脉冲变压器、半桥IGBT模块和上、下桥臂驱动电路，所述上、下桥臂驱动电路的电路结构相同且不共地；脉冲变压器的输出端分别与上、下桥臂驱动电路相连接，上、下桥臂驱动电路的输出端分别与半桥IGBT模块中上、下桥臂的栅极相连接，半桥IGBT模块中上、下桥臂的发射极分别与上、下桥臂驱动电路的接地端相连接。本实用新型由于采用上述电路，能有效的降低IGBT开通时间、降低IGBT导通压降、提高dv/dt,而在IGBT导通期间加在门极驱动电压降低到其典型值，从而使得IGBT开通损耗降低，提高IGBT在开通期间的抗冲击能力，提高IGBT在导通期间的承受短路电流能力。从而提高IGBT运行的可靠性和稳定性。

Description

一种半桥IGBT驱动电路

技术领域

本实用新型公开了一种半桥IGBT驱动电路，特别涉及一种脉冲频率调制方式(PFM)半桥IGBT驱动电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，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。

由两个IGBT串联组成的半桥IGBT模块，其广泛地应用于桥式逆变拓扑中，组成逆变桥的桥臂。这就使得驱动半桥IGBT通断加载两个栅极脉冲电压不能共地，而从控制系统发出的两组触发脉冲信号是共地的，这就要求分离脉冲地。桥式逆变拓扑结构应用于高电压变流系统中时，控制系统触发装置与变流回路必须进行高压隔离。

由半桥IGBT组成桥式逆变电路，其控制方式有脉宽调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)两种。而由PFM控制方式组成的变流系统具有低功率输出效率高和响应速度快等优点，被广泛应用做气体激光器激励电源。PFM方式触发脉冲的占空比为50％，通过驱动电路放大、隔离后连接到IGBT的栅极，以驱动IGBT的通断，从而实现由IGBT组成的变流电路进行功率变换。IGBT在运行中具有开通损耗、导通损耗和关断损耗，特别是驱动IGBT通断的栅极与发射极的脉冲幅值(Vge)大小直接关系到IGBT导通时间、集电极与发射极间导通压降(Vce)、关断时间和承受短路电流的能力等。所以，驱动电路设计的好换，直接关系到IGBT的开通、关断损耗和IGBT承受短路电流的能力，直接影响整个装置的稳定性、可靠性和效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种半桥IGBT用于PFM方式的变流装置下的驱动电路。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种半桥IGBT驱动电路，包括脉冲变压器、脉冲驱动电路、IGBT栅极与发射极脉冲幅值钳位电路。

其中，所述脉冲变压器包括铁氧体磁芯、一路原边绕组和双路副边绕组。将控制系统的触发脉冲连接到原边绕组，双路副边绕组的异名端一端分别连接半桥IGBT上下桥的发射极，作为上下桥臂IGBT驱动回路的驱动信号地，另一端分别连接脉冲驱动电路的输入端。主要是将控制系统触发脉冲信号变换成频率不变、幅值高于IGBT栅极驱动电压值、相位相差180°的两组脉冲信号，同时将控制回路与功率回路进行隔离，有效的将两组脉冲地分离。

所述脉冲驱动电路包括一个功率开关管、连接在开关管基极上的电阻、连接在集电极上的电阻组成的功率开关回路，与IGBT栅极与发射极脉冲幅值钳位电路级连。主要是将脉冲变压器输出脉冲信号进行整形成频率不变、脉冲顶峰高于幅值的、幅值为IGBT栅极钳位电压的矩形脉冲。这样，能有效的降低IGBT导通时间、降低IGBT导通压降、提高dv/dt,而在IGBT导通期间加在栅极驱动电压降低到其典型值，从而使得IGBT开通损耗降低，提高IGBT在开通期间的抗冲击能力，提高IGBT在导通期间的承受短路电流能力。

所述IGBT栅极与发射极脉冲幅值钳位电路，是由两个稳压二极管反向串联，再与一个电阻并联组成。跨接于IGBT栅极和发射极之间，并与脉冲驱动电路级联。用于防护防止栅极电荷积累及栅极电压出现尖峰损坏IGBT，提高IGBT的稳定性和可靠性。

由驱动电路、IGBT栅极与发射极脉冲幅值钳位电路级联组成两个完全相同的网络，其输入端分别与脉冲变压器副边双路绕组异名端非接地端连接，其输出端与半桥IGBT上下桥臂栅极连接，从而构成接地端不同、功能相同的双路脉冲驱动电路。主要驱动半桥IGBT交替通断，完成变流装置功率变换。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本实用新型由于采用上述电路，能有效的降低IGBT开通时间、降低IGBT导通压降、提高dv/dt,而在IGBT导通期间加在栅极驱动电压降低到其典型值，从而使得IGBT开通损耗降低，提高IGBT在开通期间的抗冲击能力，提高IGBT在导通期间的承受短路电流能力。从而提高IGBT运行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图，

其中：TR1为脉冲变压器，D1至D18分别为第一至第十八二极管，R1至R14分别为第一至第十四电阻，T1至T4分别为第一至第四MOSFET，Q1和Q2分别为第一和第二IGBT。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型图的电路结构示意图如图1所示，所述半桥IGBT驱动电路包括脉冲变压器、上桥臂驱动电路、下桥臂驱动电路。上、下桥臂驱动电路包括驱动电路、驱动辅助电路、钳位电路。来自控制系统双极交流触发脉冲信号经过脉冲变压器进行隔离、分地、反向、放大输出给电路设计和功能完全相同，但不共地的上、下桥驱动电路，进行脉冲波形整形，再输出到半桥IGBT上下桥臂的栅极，而上下桥臂的发射极分别与上下桥臂电路的地相连接。完成驱动电路的隔离、反向交替驱动半桥IGBT的基本功能。所述电路的上下桥臂驱动电路因具有电路设计、元器件的组成、完成的功能相同的特征。

所述脉冲变压器具有单输入、双输出结构。双路输出端连接具有异名端一端连接上下桥臂驱动电路的输入端，另一端连接上下桥臂的地的特征。功能上具有隔离、放大、反向、分地的特征。

上下桥臂驱动电路包括驱动电路、辅助驱动电路、钳位电路。主要完成驱动脉冲波形整形、IGBT上电启动瞬间实现软启动、IGBT栅极与发射极间钳位保护等功能。

以上桥臂驱动电路为例来进行具体说明：

所述驱动电路是由一个MOSFETT1和一些分立元件组成的电路。由D1、D2、R1、D18组成的网络连接到T1的栅极，主要是对双极交流脉冲信号进行限幅和半波整流，保留其正半周波形。T1在源极与栅极的电压大于门槛电压时导通，对脉冲波进行整形，由于T1栅极为正半周波形，所以T1漏极只能通过负半周波形。R3接于T1的漏极，同时作为IGBT门极的输入电阻。

所述辅助驱动电路是由一个MOSFETT2和一些分立元件组成的电路。由D3、D4、R2、D7、R4、C1组成的网络接到T2的栅极，主要是对双极交流脉冲信号进行限幅，当上电初始脉冲到来时由于位于T2栅极的触发脉冲通过D7对C1进行充电，使得T2栅极的电位被拉低一定时间，使得在此期间完整的脉冲波形从T2漏极输出，通过R5与驱动电流的R3进行叠加为完整的脉冲波形，使得IGBT进行软启动。当充电结束时，由于在D7的作用下，使得T2栅极电压钳位，使得T2的漏极只能通过脉冲的负半周，并通过R5与驱动电路叠加。通过调节C1的参数，可以控制启动瞬间IGBT软启动的时间。

上述上下桥臂驱动电路，所述钳位电路是由D5、D6和R7组成，用于防护防止栅极电荷积累及栅源电压出现尖峰损坏IGBT，并对驱动脉冲信号进行限幅。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种半桥IGBT驱动电路，其特征在于：包括脉冲变压器、半桥IGBT模块和上、下桥臂驱动电路，所述上、下桥臂驱动电路的电路结构相同且不共地；脉冲变压器的输出端分别与上、下桥臂驱动电路相连接，上、下桥臂驱动电路的输出端分别与半桥IGBT模块中上、下桥臂的栅极相连接，半桥IGBT模块中上、下桥臂的发射极分别与上、下桥臂驱动电路的接地端相连接。

2.如权利要求1所述的一种半桥IGBT驱动电路，其特征在于：所述上、下桥臂驱动电路均包括驱动电路、驱动辅助电路和钳位电路，其中，

所述驱动电路包括第一MOSFET及外围分立元件，所述第一MOSFET的栅极连接具有脉冲限幅和半波整流功能的电路网络；

所述驱动辅助电路包括第二MOSFET及外围分立元件，所述MOSFET的栅极连接具有脉冲限幅和RC充放电功能的电路网络；

所述钳位电路包括反向串联的稳压二极管和电阻，所述电阻和反向串联的稳压二极管相并联。

3.如权利要求1或2所述的一种半桥IGBT驱动电路，其特征在于：所述脉冲变压器包括单输入绕组、双输出绕组和铁氧体磁芯，其中，

所述双输出绕组的双路输出端均具有异名端，一端连接上、下桥臂驱动电路的输入端，另一端连接上、下桥臂驱动电路的接地端。

4.如权利要求1或2所述的一种半桥IGBT驱动电路，其特征在于：所述半桥IGBT驱动电路应用于PFM方式桥式变换高压二氧化碳激光器激励电源。