CN205725438U

CN205725438U - 一种具有双重隔离的igbt驱动电路

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Publication number: CN205725438U
Application number: CN201620278691.6U
Authority: CN
Inventors: 刘东海; 胡小平; 于保华
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2026-04-06

Abstract

本实用新型公开了一种具有双重隔离的IGBT驱动电路。微型处理器输出的脉冲信号无法直接驱动IGBT工作。本实用新型的死驱模块使微型处理器产生的两路PWM脉冲信号产生死区时间，避免上下IGBT管子的同时导通；光耦隔离模块将输入端信号与输出端信号进行光电隔离，避免信号间的相互干扰；H桥推挽电路驱动模块提高脉冲的电流值，用以驱动高频变压器；变压器后级驱动模块防止尖峰电压和电流的产生，保证IGBT的正向开通电压和反向关断。本实用新型采用双重隔离对信号进行功率放大，在驱动IGBT的同时确保不会对控制电路造成损坏，在系统出现故障时有效保证驱动电路的安全，避免产生过大的损失及人身安全。

Description

一种具有双重隔离的IGBT驱动电路

技术领域

本实用新型属于IGBT驱动领域，具体涉及一种适用超声电源，并且利用隔离电路和功率放大电路将微型处理器输出的PWM信号放大为驱动IGBT开通和关断的驱动电路。

背景技术

IGBT因为自身的各种优点被广泛地应用于交流电机、变频器、照明电路、开关电源等领域。与传统的开关器件不同，IGBT是一种既有功率管MOSFET的高速交换功能又有双极型晶体管的高电压、大电流处理能力的新型元件。并且随着智能化趋势的普及，IGBT作为一种开关器件，使用数字信号控制IGBT的开通和关断成为一种发展趋势。传统的微型处理器因输出电流较小无法直接通过驱动变压器来驱动IGBT工作。因此需要将微型处理器输出的脉冲信号进行功率放大，同时为了使控制信号能够安全高效地工作，需要在微型处理器和IGBT之间进行电器隔离。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种能进行功率放大和隔离干扰的带光耦和变压器双重隔离的IGBT驱动电路，本实用新型采用光耦模块使PWM信号进行升压，通过H桥电路增大信号电流以驱动变压器并利用其后级电路以间接驱动IGBT工作，从而提高电路的安全性能和抗干扰能力。

为实现上述的目的，本实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型包括微型处理器、死驱模块、光耦隔离模块、H桥推挽电路驱动模块、三极管模块和变压器后级驱动模块；所述的微型处理器的PWM输出端与死区模块的输入端连接，死区模块的输出端接光耦隔离模块，光耦隔离模块输出经三极管模块接H桥推挽电路驱动模块，H桥推挽电路驱动模块直接驱动变压器后级驱动模块以驱动IGBT开通和关断。

所述的死驱模块包括与非门P3、第一可调电阻RT1、第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1和第二高频瓷片电容C2；与非门P3采用的芯片型号为CD4011，第一可调电阻RT1和第二高频瓷片电容C2组成一个延时电路，第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1组成另一个延时电路；微型处理器P2采用STC89C52型号的芯片，3号引脚接5V电源对应的地；微型处理器P2的1号引脚输出的脉冲一路直接送至与非门P3的1号引脚，另一路接第一可调电阻RT1的滑动端；第一可调电阻RT1的一个固定端与第二高频瓷片电容C2的一端及与非门P3的2号引脚连接；第二高频瓷片电容C2的另一端接5V电源对应的地；微型处理器P2的2号引脚输出的脉冲，一路接与非门P3的5号引脚，另一路接第二可调电阻RT2的滑动端；第二可调电阻RT2的一个固定端与第一高频瓷片电容C1的一端及与非门P3的6号引脚；第一高频瓷片电容C1的另一端接5V电源对应的地；与非门P3的3号引脚接12、13号引脚，4号引脚接8、9号引脚，14号引脚供5V电，7号引脚接5V电源对应的地，10、11号引脚则输出两路互补的具有死区时间的脉冲信号。

所述的光耦隔离模块包括第一光耦P4和第二光耦P5，第一光耦P4和第二光耦P5采用的芯片型号均为4N27；所述的三极管模块由第一三极管Q1和第二三极管Q2组成；第一光耦P4的5号引脚通过第三限流电阻RT7与第一三极管Q1的基极连接，并经第一上拉电阻RT5接15V电源及第一三极管Q1的发射极；第二光耦P5的5号引脚通过第四限流电阻RT8与第二三极管Q2的基极连接，并经第二上拉电阻RT6接15V电源及第二三极管Q2的发射极；死驱模块输出的两路脉冲信号分别经第一限流电阻RT3和第二限流电阻RT4送至第一光耦P4和第二光耦P5的1号引脚；第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极输出两路脉冲信号；第一光耦P4和第二光耦P5的4号引脚均接15V电源对应的地，3、6号引脚均悬空。死驱模块输出的一路脉冲信号经电阻R4和发光二极管D4接第二光耦P5的2号引脚；死驱模块输出的另一路脉冲信号经电阻R3和发光二极管D3接第一光耦P4的2号引脚；发光二极管D3、D4的负极均接5V电源对应的地；第一三极管Q1的负极接第三可调电阻RT9的滑动端及电阻R7的一端，电阻R7的另一端接发光二极管D7的正极，发光二极管D7的负极及第三可调电阻RT9的一个固定端均接15V电源对应的地；第二三极管Q2的负极接第四可调电阻RT10的滑动端及电阻R8的一端，电阻R8的另一端接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极及第四可调电阻RT10的一个固定端均接15V电源对应的地。

所述的H桥推挽电路驱动模块包括达林顿对管TIP41和TIP42、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第一电容C11、第二电容C12、第一极性电容C13、第二极性电容C14和六个二极管；第一二极管D9的正极采用15V供电，光耦隔离模块通过第一三极管Q1和第二三极管Q2输出的两路脉冲信号中，一路脉冲信号经第三限流电阻R9接一个达林顿对管的第五三极管Q5和第六三极管Q6的基极，另一路脉冲信号经第四限流电阻R10接另一个达林顿对管的第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极；第四三极管Q4的集电极接第一二极管D9的负极、第三二极管D11的负极、第六二极管D14的负极及第六三极管Q6的集电极；第四三极管Q4的发射极接第三三极管Q3的发射极、第三二极管D11的正极、第二二极管D10的负极、电阻R12的一端、第二极性电容C14的正极及第二电容C12的一端；电阻R12的另一端接发光二极管D16的正极；第三三极管Q3的集电极接第二二极管D10的正极、第五三极管Q5的集电极、第四二极管D12的正极及第五二极管D13的正极；第六三极管Q6的发射极接第五三极管Q5的发射极、第五二极管D13的负极、第六二极管D14的正极、第一电容C11的一端及第一极性电容C13的正极；第四二极管D12的负极、发光二极管D16的负极均接15V电源对应的地；第二极性电容C14的负极接第二电容C12的另一端并输出信号PWM1；第一电容C11的另一端接第一极性电容C13的负极并输出信号PWM2。

所述的变压器后级驱动模块包括高频变压器、第七三极管Q7、第七三极管Q8、第三电容C15、第四电容C16、第七二极管D16、第八二极管D19和四个稳压管。H桥推挽电路驱动模块输出的信号PWM1和PWM2分别输入高频变压器的输入线圈两端；高频变压器的一个输出线圈两端分别接第七二极管D16的正极和第二稳压管D18的正极，另一个输出线圈两端分别接第八二极管D19的正极和第四稳压管D21的正极；电阻R12的一端接第七二极管D16的正极，另一端接第七三极管Q7的基极；电阻R15的一端接第八二极管D19的正极，另一端接第八三极管Q8的基极；第七三极管Q7的集电极接第二稳压管D18的正极及电阻R14的一端，电阻R14的另一端接第一稳压管D17的正极及第三电容C15的一端；第三电容C15的另一端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接第七二极管D16的负极及第七三极管Q7的发射极；第八三极管Q8的集电极接第四稳压管D21的正极及电阻R17的一端，电阻R17的另一端接第三稳压管D20的正极及第四电容C16的一端；第四电容C16的另一端接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接第八二极管D19的负极及第八三极管Q8的发射极；第一稳压管D17的负极接第二稳压管D18的负极，第三稳压管D20的负极接第四稳压管D21的负极。

本实用新型原理简单，易于调试，驱动稳定，可靠安全，采用双重隔离对信号进行功率放大，在驱动IGBT的同时确保不会对控制电路造成损坏，在系统出现故障时有效保证驱动电路的安全，避免产生过大的损失及人身安全。另外，对于微型处理器控制的IGBT驱动电路，微型处理器输出的PWM脉冲信号的频率可以调节，本实用新型为频率可自动调节提供了一个稳定可靠的电路基础。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型中死驱模块的电路图；

图3是本实用新型中光耦隔离模块和三极管模块的电路图；

图4是本实用新型中H桥推挽电路驱动模块的电路图；

图5是本实用新型中变压器后级驱动模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种具有双重隔离的IGBT驱动电路，包括微型处理器P2、死驱模块1、光耦隔离模块2、H桥推挽电路驱动模块3、三极管模块4和变压器后级驱动模块5。微型处理器P2的PWM输出端与死区模块1的输入端连接，死区模块的输出端接光耦隔离模块2，光耦隔离模块输出经三极管模块4接H桥推挽电路驱动模块3，H桥推挽电路驱动模块直接驱动变压器后级驱动模块5以驱动IGBT开通和关断。死驱模块使微型处理器产生的两路PWM脉冲信号产生死区时间，避免上下IGBT管子的同时导通，造成短路。光耦隔离模块将输入端信号与输出端信号进行光电隔离，避免信号间的相互干扰，提高电路的抗干扰性能，同时输入端连接死驱模块输出端接三极管模块，提高脉冲的电压幅值。H桥推挽电路驱动模块提高脉冲的电流值，以提高脉冲信号的驱动能力，用以驱动高频变压器。变压器后级驱动模块防止尖峰电压和电流的产生，保证IGBT的正向开通电压和反向关断，同时使IGBT有可靠的负压关断。

如图2所示，死驱模块1包括与非门P3、第一可调电阻RT1、第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1和第二高频瓷片电容C2，死区时间可以根据接入的电阻值进行调节。与非门P3采用的芯片型号为CD4011，第一可调电阻RT1和第二高频瓷片电容C2组成一个延时电路，第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1组成另一个延时电路；微型处理器P2采用STC89C52型号的芯片，3号引脚接5V电源对应的地；微型处理器P2的1号引脚输出的脉冲一路直接送至与非门P3的1号引脚，另一路接第一可调电阻RT1的滑动端；第一可调电阻RT1的一个固定端与第二高频瓷片电容C2的一端及与非门P3的2号引脚连接；第二高频瓷片电容C2的另一端接5V电源对应的地。同理，微型处理器P2的2号引脚输出的脉冲，一路接与非门P3的5号引脚，另一路接第二可调电阻RT2的滑动端；第二可调电阻RT2的一个固定端与第一高频瓷片电容C1的一端及与非门P3的6号引脚；第一高频瓷片电容C1的另一端接5V电源对应的地；与非门P3的3号引脚接12、13号引脚，4号引脚接8、9号引脚，14号引脚供5V电，7号引脚接5V电源对应的地，10、11号引脚则输出两路互补的具有死区时间的脉冲信号，目的是避免上下IGBT管子的同时导通，造成短路。

如图3所示，光耦隔离模块2包括第一光耦P4和第二光耦P5，第一光耦P4和第二光耦P5采用的芯片型号均为4N27；三极管模块4由第一三极管Q1和第二三极管Q2组成；第一光耦P4的5号引脚通过第三限流电阻RT7与第一三极管Q1的基极连接，并经第一上拉电阻RT5接15V电源及第一三极管Q1的发射极；第二光耦P5的5号引脚通过第四限流电阻RT8与第二三极管Q2的基极连接，并经第二上拉电阻RT6接15V电源及第二三极管Q2的发射极；死驱模块1输出的两路脉冲信号分别经第一限流电阻RT3和第二限流电阻RT4送至第一光耦P4和第二光耦P5的1号引脚；高电平有效使光耦内部的发光二极管工作，光耦内部的接收器同时接收到信号，使第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极输出脉冲信号Out1和Out2，用以提高脉冲幅值驱动H桥推挽电路驱动模块3。第一光耦P4和第二光耦P5的4号引脚均接15V电源对应的地，3、6号引脚均悬空。死驱模块1输出的一路脉冲信号经电阻R4和发光二极管D4接第二光耦P5的2号引脚；死驱模块1输出的另一路脉冲信号经电阻R3和发光二极管D3接第一光耦P4的2号引脚；发光二极管D3、D4的负极均接5V电源对应的地；第一三极管Q1的负极接第三可调电阻RT9的滑动端及电阻R7的一端，电阻R7的另一端接发光二极管D7的正极，发光二极管D7的负极及第三可调电阻RT9的一个固定端均接15V电源对应的地；第二三极管Q2的负极接第四可调电阻RT10的滑动端及电阻R8的一端，电阻R8的另一端接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极及第四可调电阻RT10的一个固定端均接15V电源对应的地。

如图4所示，H桥推挽电路驱动模块3包括达林顿对管TIP41和TIP42、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第一电容C11、第二电容C12、第一极性电容C13、第二极性电容C14和六个二极管；二极管有效加速三极管关断，电容起滤波作用；第一二极管D9的正极采用15V供电，光耦隔离模块2通过第一三极管Q1和第二三极管Q2输出的两路脉冲信号中，一路脉冲信号经第三限流电阻R9接一个达林顿对管的第五三极管Q5和第六三极管Q6的基极，另一路脉冲信号经第四限流电阻R10接另一个达林顿对管的第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极；第四三极管Q4的集电极接第一二极管D9的负极、第三二极管D11的负极、第六二极管D14的负极及第六三极管Q6的集电极；第四三极管Q4的发射极接第三三极管Q3的发射极、第三二极管D11的正极、第二二极管D10的负极、电阻R12的一端、第二极性电容C14的正极及第二电容C12的一端；电阻R12的另一端接发光二极管D16的正极；第三三极管Q3的集电极接第二二极管D10的正极、第五三极管Q5的集电极、第四二极管D12的正极及第五二极管D13的正极；第六三极管Q6的发射极接第五三极管Q5的发射极、第五二极管D13的负极、第六二极管D14的正极、第一电容C11的一端及第一极性电容C13的正极；第四二极管D12的负极、发光二极管D16的负极均接15V电源对应的地；第二极性电容C14的负极接第二电容C12的另一端并输出信号PWM1；第一电容C11的另一端接第一极性电容C13的负极并输出信号PWM2；光耦隔离模块2输出的脉冲信号经H桥推挽电路驱动模块3作用，用以放大脉冲信号的电流值，从而能够驱动变压器后级驱动模块。

如图5所示，变压器后级驱动模块5包括高频变压器Trans3、第七三极管Q7、第七三极管Q8、第三电容C15、第四电容C16、第七二极管D16、第八二极管D19和四个稳压管。H桥推挽电路驱动模块3输出的信号PWM1和PWM2分别输入高频变压器的输入线圈两端；高频变压器的一个输出线圈两端分别接第七二极管D16的正极和第二稳压管D18的正极，另一个输出线圈两端分别接第八二极管D19的正极和第四稳压管D21的正极；电阻R12的一端接第七二极管D16的正极，另一端接第七三极管Q7的基极；电阻R15的一端接第八二极管D19的正极，另一端接第八三极管Q8的基极；第七三极管Q7的集电极接第二稳压管D18的正极及电阻R14的一端，电阻R14的另一端接第一稳压管D17的正极及第三电容C15的一端；第三电容C15的另一端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接第七二极管D16的负极及第七三极管Q7的发射极；第八三极管Q8的集电极接第四稳压管D21的正极及电阻R17的一端，电阻R17的另一端接第三稳压管D20的正极及第四电容C16的一端；第四电容C16的另一端接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接第八二极管D19的负极及第八三极管Q8的发射极；第一稳压管D17的负极接第二稳压管D18的负极，第三稳压管D20的负极接第四稳压管D21的负极。电阻R14和R17为了防止尖峰电压和电流的产生，稳压管D17～D21为了在IGBT栅射极间稳定电压，保证正向开通电压和反向关断电压，电容和三极管的存在是为了使IGBT有可靠的负压关断，从而保证IGBT安全的开通和关断。

本实用新型原理简单，易于调试，驱动稳定，可靠安全，采用双重隔离对信号进行功率放大，在驱动IGBT的同时确保不会对控制电路造成损坏，在系统出现故障时有效保证驱动电路的安全，避免产生过大的损失及人身安全。另外，对于微型处理器控制的IGBT驱动电路，微型处理器输出的PWM脉冲信号的频率可以调节，该IGBT驱动电路为频率可自动调节提供了一个稳定可靠的电路基础。

Claims

1.一种具有双重隔离的IGBT驱动电路，包括微型处理器、死驱模块、光耦隔离模块、H桥推挽电路驱动模块、三极管模块和变压器后级驱动模块，其特征在于：所述的微型处理器的PWM输出端与死区模块的输入端连接，死区模块的输出端接光耦隔离模块，光耦隔离模块输出经三极管模块接H桥推挽电路驱动模块，H桥推挽电路驱动模块直接驱动变压器后级驱动模块以驱动IGBT开通和关断；

所述的死驱模块包括与非门P3、第一可调电阻RT1、第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1和第二高频瓷片电容C2；与非门P3采用的芯片型号为CD4011，第一可调电阻RT1和第二高频瓷片电容C2组成一个延时电路，第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1组成另一个延时电路；微型处理器P2采用STC89C52型号的芯片，3号引脚接5V电源对应的地；微型处理器P2的1号引脚输出的脉冲一路直接送至与非门P3的1号引脚，另一路接第一可调电阻RT1的滑动端；第一可调电阻RT1的一个固定端与第二高频瓷片电容C2的一端及与非门P3的2号引脚连接；第二高频瓷片电容C2的另一端接5V电源对应的地；微型处理器P2的2号引脚输出的脉冲，一路接与非门P3的5号引脚，另一路接第二可调电阻RT2的滑动端；第二可调电阻RT2的一个固定端与第一高频瓷片电容C1的一端及与非门P3的6号引脚；第一高频瓷片电容C1的另一端接5V电源对应的地；与非门P3的3号引脚接12、13号引脚，4号引脚接8、9号引脚，14号引脚供5V电，7号引脚接5V电源对应的地，10、11号引脚则输出两路互补的具有死区时间的脉冲信号；

所述的光耦隔离模块包括第一光耦P4和第二光耦P5，第一光耦P4和第二光耦P5采用的芯片型号均为4N27；所述的三极管模块由第一三极管Q1和第二三极管Q2组成；第一光耦P4的5号引脚通过第三限流电阻RT7与第一三极管Q1的基极连接，并经第一上拉电阻RT5接15V电源及第一三极管Q1的发射极；第二光耦P5的5号引脚通过第四限流电阻RT8与第二三极管Q2的基极连接，并经第二上拉电阻RT6接15V电源及第二三极管Q2的发射极；死驱模块输出的两路脉冲信号分别经第一限流电阻RT3和第二限流电阻RT4送至第一光耦P4和第二光耦P5的1号引脚；第一三极管Q1和第二三极管Q2 的集电极输出两路脉冲信号；第一光耦P4和第二光耦P5的4号引脚均接15V电源对应的地，3、6号引脚均悬空；死驱模块输出的一路脉冲信号经电阻R4和发光二极管D4接第二光耦P5的2号引脚；死驱模块输出的另一路脉冲信号经电阻R3和发光二极管D3接第一光耦P4的2号引脚；发光二极管D3、D4的负极均接5V电源对应的地；第一三极管Q1的负极接第三可调电阻RT9的滑动端及电阻R7的一端，电阻R7的另一端接发光二极管D7的正极，发光二极管D7的负极及第三可调电阻RT9的一个固定端均接15V电源对应的地；第二三极管Q2的负极接第四可调电阻RT10的滑动端及电阻R8的一端，电阻R8的另一端接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极及第四可调电阻RT10的一个固定端均接15V电源对应的地；

所述的H桥推挽电路驱动模块包括达林顿对管TIP41和TIP42、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第一电容C11、第二电容C12、第一极性电容C13、第二极性电容C14和六个二极管；第一二极管D9的正极采用15V供电，光耦隔离模块通过第一三极管Q1和第二三极管Q2输出的两路脉冲信号中，一路脉冲信号经第三限流电阻R9接一个达林顿对管的第五三极管Q5和第六三极管Q6的基极，另一路脉冲信号经第四限流电阻R10接另一个达林顿对管的第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极；第四三极管Q4的集电极接第一二极管D9的负极、第三二极管D11的负极、第六二极管D14的负极及第六三极管Q6的集电极；第四三极管Q4的发射极接第三三极管Q3的发射极、第三二极管D11的正极、第二二极管D10的负极、电阻R12的一端、第二极性电容C14的正极及第二电容C12的一端；电阻R12的另一端接发光二极管D16的正极；第三三极管Q3的集电极接第二二极管D10的正极、第五三极管Q5的集电极、第四二极管D12的正极及第五二极管D13的正极；第六三极管Q6的发射极接第五三极管Q5的发射极、第五二极管D13的负极、第六二极管D14的正极、第一电容C11的一端及第一极性电容C13的正极；第四二极管D12的负极、发光二极管D16的负极均接15V电源对应的地；第二极性电容C14的负极接第二电容C12的另一端并输出信号PWM1；第一电容C11的另一端接第一极性电容C13的负极并输出信号PWM2；

所述的变压器后级驱动模块包括高频变压器、第七三极管Q7、第七三极管Q8、第三电容C15、第四电容C16、第七二极管D16、第八二极管D19和四个稳压管；H桥推挽电路驱动模块输出的信号PWM1和PWM2分别输入高频变压器的输入线圈两端；高频变压器的一个输出线圈两端分别接第七二极管D16的正极和第二稳压管D18的正极，另一个输出线圈两端分别接第八二极管D19的正极和第四稳压管D21的正极；电阻R12的一端接第七二极管D16的正极，另一端接第七三极管Q7的基极；电阻R15的一端接第八二极管D19的正极，另一端接第八三极管Q8的基极；第七三极管Q7的集电极接第二稳压管D18的正极及电阻R14的一端，电阻R14的另一端接第一稳压管D17的正极及第三电容C15的一端；第三电容C15的另一端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接第七二极管D16的负极及第七三极管Q7的发射极；第八三极管Q8的集电极接第四稳压管D21的正极及电阻R17的一端，电阻R17的另一端接第三稳压管D20的正极及第四电容C16的一端；第四电容C16的另一端接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接第八二极管D19的负极及第八三极管Q8的发射极；第一稳压管D17的负极接第二稳压管D18的负极，第三稳压管D20的负极接第四稳压管D21的负极。