CN205883036U - 一种互补驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种互补驱动电路，尤其是一种电压源整流器与逆变器同一桥臂高端与低端功率器件互补驱动电路，包括驱动高端功率器件的第一驱动电路单元和驱动低端功率器件的第二驱动电路单元，第一驱动电路单元包括第一光耦合器；第二驱动电路单元包括第二光耦合器；且，第一光耦合器的第一引脚与第二光耦合器的第二引脚连接，第二光耦合器的第一引脚与第一光耦合器的第二引脚连接。第一驱动电路单元的输入信号为上管驱动信号，第二驱动电路单元的输入信号为下管驱动信号，上管驱动信号和下管驱动信号采用差动输入方式。本实用新型适合高频开关频率应用场合，具备信号互锁、信号隔离、开通快速、负压关断等功能，具有电路简单和成本低廉等优点。

Description

一种互补驱动电路

技术领域

本实用新型涉及三相PWM整流器技术领域的一种间接测量交流侧升压电感等效直流电阻电压的电路，特别是涉及一种互补驱动电路。

背景技术

对于单相/三相全桥电压源变换器的应用范围非常广泛，包括整流器和逆变器。为了提高单相/三相全桥电压源变换器的调制性能，一般采用双极性调制策略：在不工作时，同一桥臂的两只功率器件均不导通；在工作时，同一桥臂的两只功率器件的开关状态为互补，一通一断。并且在状态切换时，中间加入死区时间。在死区时间，两只功率器件均处于关断状态，功率器件反并联的续流二极管处于续流状态。

并且，驱动电路必须可靠、驱动电压充足、驱动功率足够，且具有过流保护和死区互锁功能，具备快速开通和快速关断、大电流下软关断和有源米勒抑制的功能。并且，在单电源驱动时，上管驱动具有抗续流时误触发功能，具备硬件保护和故障信号反馈能力，等等。虽然具有上述功能的驱动器性价比较高，但是对于某些应用领域，例如变频空调，则不具备价格上的优势。如果利用分立器件实现上述全部功能，电路将会复杂，分散性严重，占PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)空间也较大，也不具备竞争优势。有些功能也可以由控制器MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)或DSP(Digital SignalProcessing,数字信号处理)完成，如死区互锁功能。有些功能也可以由检测电路完成，如过流保护与短路保护。

综合以上，在单相/三相全桥电压源变换器的技术领域，尤其指变频空调领域，需要设计一种适合同一桥臂两只工程器件的高性价比互补驱动电路。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种互补驱动电路，用于解决现有技术中，在变频空调领域适合同一桥臂两只工程器件互补驱动电路的性价比较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种互补驱动电路，包括：第一驱动电路单元和第二驱动电路电源；所述第一驱动电路单元包括第一光耦合器；所述第二驱动电路单元包括第二光耦合器；所述第一驱动电路单元的输入端分别与上管驱动信号和控制电源连接，输出端为上管门极驱动端；其中，所述第一光耦合器的第一引脚与所述第二光耦合器的第二引脚连接，第二引脚与所述第二光耦合器的第一引脚连接，第三引脚与所述上管门极驱动端的对地端连接；第四引脚与所述上管门极驱动端连接；第五引脚与上管驱动电源连接；所述第二驱动电路单元的输入端分别与下管驱动信号和所述控制电源连接，输出端为下管门极驱动端；其中，所述第二光耦合器的第一引脚与所述第一光耦合器的第二引脚连接，第二引脚与所述第一光耦合器的第一引脚连接，第三引脚与所述下管门极驱动端的对地端连接；第四引脚与所述下管门极驱动端连接；第五引脚与下管驱动电源连接；所述上管驱动信号和所述下管驱动信号采用差动输入方式。

于本实用新型的一实施例中，所述第一驱动电路单元还包括多个电阻、多个电容、一限压子电路和一双向限幅子电路；所述上管驱动信号分别连接至第一电阻、第一电容和第二电阻的一端；所述控制电源与第一电阻和第一电容的另一端连接；所述第一光耦合器的第一引脚分别与第二电阻的另一端、第二电容的一端、第三电阻的一端和所述第二光耦合器的第二引脚连接；所述第一光耦合器的第二引脚分别与第二电容的另一端、第三电阻的另一端和所述第二光耦合器的第一引脚连接；所述第一光耦合器的第四引脚分别与第四电阻和第五电阻的一端连接；第四电阻和第五电阻的另一端分别与第三电容和第六电阻的一端连接；第三电容和第六电阻的另一端分别与第七电阻的一端、限压子电路的第一端、双向限幅子电路的第一端以及所述上管门极驱动端连接；第七电阻的另一端与所述上管门极驱动端的对地端连接；限压子电路的第二端和双向限幅自电路的第二端与所述上管门极驱动端的对地端连接。第一稳压二极管的阳极与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与所述上管门极驱动端的对地端连接；第二稳压二极管的阴极与第三稳压二极管的阴极连接，第三稳压二极管的阳极与所述上管门极驱动端的对地端连接。

于本实用新型的一实施例中，限压子电路包括第一稳压二极管和第一二极管；第一稳压二极管的阴极为限压子电路的第一端，第一稳压二极管的阳极与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极为限压子电路的第二端。

于本实用新型的一实施例中，双向限幅子电路包括第二稳压二极管和第三稳压二极管；第二稳压二极管的阳极为双向限幅子电路的第一端，第二稳压二极管的阴极与第三稳压二极管的阴极连接，第三稳压二极管的阳极为双向限幅子电路的第二端。

所述第一驱动电路单元和所述第二驱动电路单元的电路结构是相同的。

于本实用新型的一实施例中，当所述上管驱动信号为高电平，所述下管驱动信号为低电平时，则所述上管门极驱动端相对于所述上管门极驱动端的对地端输出高电平；当所述下管驱动信号为低电平，所述下管驱动信号为高电平时，则所述下管门极驱动端相对于所述下管门极驱动端的对地端输出高电平。

于本实用新型的一实施例中，所述上管驱动电源采用自举电路，所述自举电路的电源来自所述下管驱动电源。

于本实用新型的一实施例中，所述上管驱动信号的对地端不是所述上管门极驱动端的对地端；所述下管驱动信号的对地端不是所述下管门极驱动端的对地端；

如上所述，本实用新型的一种互补驱动电路，包括高端驱动电路和低端驱动电路，实现了桥式结构电压源电力电子变换器单一桥臂上下两只功率器件的互补驱动功能。具有以下有益效果：

(1)输入信号为差动信号：当上管驱动信号PWMH为高电平、下管驱动信号PWML为低电平，上管门极驱动端GATE_H相对上管门极驱动端的地GND_H输出高电平+15V；当上管驱动信号PWMH低电平、下管驱动信号PWML高电平，下管门极驱动端GATE_L相对下管门极驱动端的地GND_L输出高低电平+15V；

(2)上管门极驱动端GATE_H与下管门极驱动端GATE_L的初始驱动信号开关状态改变时需要加入死区时间，死区时间长短需要由上位机的控制器完成，当上管驱动信号PWMH信号和下管驱动信号PWML同为高电平或同为低电平时，上管和下管均不能被驱动；

(3)本实用新型的互补驱动电路适合高频开关频率应用场合，具备差动输入、信号互锁、信号隔离、开通快速、负压关断等功能，具有电路简单、便于控制、成本低廉等优点。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例公开的一种互补驱动电路的电路原理图。

元件标号说明

100 第一驱动电路单元

200 第二驱动电路单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型公开了一种互补驱动电路，适合电压型电力电子变换器同一桥臂两只功率器件的互补驱动，同时具有电路简单、控制容易等优点。

如图1所示，本实施例公开的互补驱动电路包括第一驱动电路单元100和第二驱动电路单元200。其中，第一驱动电路单元100用于驱动高端功率器件，第二驱动电路单元200用于驱动低端高端功率器件。

其中，第一驱动电路单元100的输入端与上管驱动信号PWMH和控制电源VCC连接，输出端为上管门极驱动端GATE_H。第二驱动电路单元200的输入端与下管驱动信号PWML和控制电源VCC连接，输出端为下管门极驱动端GATE_L。其中，上管驱动信号PWMH和下管驱动信号PWML采用差分输入方式。优选地，控制电源VCC采用+5V。

如图1所示，第一驱动电路单元100包括第一光耦合器、若干电阻、若干电容、第一限压子电路和第一双向限幅子电路；

上管驱动信号PWMH输入至第一驱动电路单元100的第一电容C11、第一电阻R11和第二电阻R12的一端；控制电源VCC输入至第一电容C11和第一电阻R11的另一端；

第一光耦合器OP1的第一引脚分别与第二电阻R12的另一端、第二电容C12的一端、第三电阻R13的一端、以及第二驱动电路单元200的第二光耦合器OP2的第二引脚相连，形成了公共点A；

第一光耦合器OP1的第二引脚分别与第二电容C12的另一端、第三电阻R13的另一端、以及第二驱动电路单元200的第二光耦合器OP2的第一引脚连接；

第一光耦合器OP1的第三引脚与上管门极驱动端的对地端GND_H相连；

第一光耦合其OP1的第四引脚分别与第四电阻R14和第五电阻R15的一端连接，第四电阻R14和第五电阻R15的另一端分别与第三电容C13和第六电阻R16的一端连接，第三电容C13和第六电阻R16的另一端分别与第七电阻R17的一端、第一限压子电路的第一端、第一双向限幅子电路的第一端、以及上管门极驱动端连接；第七电阻R17的另一端与上管门极驱动端的对地端GND_H相连；第一限压子电路的第二端和第一双向限幅子电路的第二端与上管门极驱动端的对地端GND_H相连。

进一步地，第一限压子电路包括第一稳压二极管ZD11和第一二极管D11：第一稳压二极管ZD11的阴极为第一限压子电路的第一端；第一稳压二极管ZD11的阳极与第一二极管D11的阳极连接，第一二极管D11的阴极与上管门极驱动端的对地端GND_H相连。

第一双向限幅子电路包括第二稳压二极管ZD12和第三稳压二极管ZD13：第二稳压二极管ZD12的阳极为第一双向限幅子电路的第一端，第二稳压二极管ZD12的阴极与第三稳压二极管ZD13的阴极连接，第三稳压二极管ZD13的阳极与上管门极驱动端的对地端GND_H相连。

第一光耦合器OP1的第五引脚与上管驱动电源连接。在本实施例中，上管驱动电源优选为+24V_H，且上管驱动电源采用自举电路，电源来自下管驱动电源。

进一步地，上管门极驱动端的对地端GND_H同样也是上管驱动电源的地，相当于是上管的发射极。但是，上管门极驱动端的对地端GND_H不是上管驱动信号PMWH的对地端。

第二驱动电路单元200的电路结构与第一驱动电路单元100的电路结构完全一致，包括：第二驱第二光耦合器、若干电阻、若干电容、第二限压子电路和第二双向限幅子电路：

下管驱动信号PWML输入至第二驱动电路单元200的第一电容C21、第一电阻R21和第二电阻R22的一端；控制电源VCC输入至第一电容C21和第一电阻R21的另一端；

第二光耦合器OP2的第一引脚分别与第二电阻R22的另一端、第二电容C22的一端、第三电阻R23的一端、以及第一驱动电路单元100的第一光耦合器OP1的第二引脚相连，形成了公共点B；

第二光耦合器OP2的第二引脚分别与第二电容C22的另一端、第三电阻R23的另一端、以及第一驱动电路单元100的第一光耦合器OP1的第一引脚连接；

第二光耦合器OP2的第三引脚与下管门极驱动端的对地端GND_L相连；

第二光耦合器OP2的第四引脚分别与第四电阻R24和第五电阻R25的一端连接，第四电阻R24和第五电阻R25的另一端分别与第三电容C23和第六电阻R26的一端连接，第三电容C23和第六电阻R26的另一端分别与第七电阻R27的一端、第二限压子电路的第一端、第二双向限幅子电路的第一端、以及下管门极驱动端连接；第七电阻R27的另一端与下管门极驱动端的对地端GND_L相连；第二限压子电路的第二端和第二双向限幅子电路的第二端与下管门极驱动端的对地端GND_L相连。

进一步地，第二限压子电路包括第一稳压二极管ZD21和第一二极管D21：第一稳压二极管ZD21的阴极为第二限压子电路的第一端；第一稳压二极管ZD21的阳极与第一二极管D21的阳极连接，第一二极管D21的阴极与下管门极驱动端的对地端GND_L相连。

第二双向限幅子电路包括第二稳压二极管ZD22和第三稳压二极管ZD23：第二稳压二极管ZD22的阳极为第二双向限幅子电路的第一端，第二稳压二极管ZD22的阴极与第三稳压二极管ZD23的阴极连接，第三稳压二极管ZD23的阳极与上管门极驱动端的对地端GND_L相连。

第二光耦合器OP2的第五引脚与下管驱动电源连接。在本实施例中，下管驱动电源优选为+24V_L。

进一步地，下管门极驱动端的对地端GND_L同样也是下管驱动电源的地，相当于是下管的发射极。但是，下管门极驱动端的对地端GND_L不是下管驱动信号PMWL的对地端。

并且，在本实施例的互补驱动电路中，优选的：

开关频率采用50kHz；第一稳压二极管(ZD1和ZD21)采用P4SMA15A，击穿电压为14.3V；第一二极管(D11和D21)采用1N4148；第二稳压二极管(ZD12和ZD22)以及第三稳压二极管(ZD13和ZD23)采用SMBJ18CA，限压为±18V；滤波用的第一电容(C11和C21)的大小为0.1nF；滤波用的第二电容(C12和C22)的大小为1nF；第三电容(C13和C23)的大小为1μF；下拉电阻(R11和R21)的阻值为10kΩ；限流的第二电阻(R12和R22)的阻值为15Ω；差模电阻(R13和R23)的阻值为5.1kΩ；光耦合器(OP1和OP2)采用TLP700；门极电阻(R14和R24、R15和R25)的阻值为33Ω；放电电阻(R16和R26)的阻值为10kΩ；下拉电阻(R17和R27)的阻值为10kΩ。

由于本实施例的第一驱动电路单元100和第二驱动电路单元200的电路结构完全相同，因此以第一驱动电路单元100为例来进一步说明本实施例的互补驱动电路的具体工作过程。

当上管驱动信号PWMH为高电平、下管驱动信号PWML为低电平时，驱动第一光耦合器OP1的第一引脚与第二引脚之间的发光二极管导通，第一光耦合器OP1的第四引脚输出高电平，即，上管门极驱动端GATE_H为高电平+15V，驱动高端功率器件导通。

当上管驱动信号PWMH为高电平、下管驱动信号PWML为低电平时，驱动第二光耦合器OP2的第一引脚与第二引脚之间的发光二极管截止，第二光耦合器OP2的第四引脚输出低电平，即，下管门极驱动端GATE_L为低电平GND_L，不能驱动低端功率器件导通。

当上管驱动信号PWMH信号和下管驱动信号PWML同为高电平或同为低电平时，高端功率器件和低端功率器件均不能被驱动。

其中，第一驱动电路单元100的第一电阻R11为上拉电阻，但是不能通过该电阻驱动第一光耦合器OP1工作。第一电容C11和第二电容C12起到滤波作用，第三电容C13起到微分作用，可以加速开通过程，当充电完成时，端电压为+9V，在上管驱动信号PWMH为低电平时，上管门极驱动端GATE_H应该为低电平-9V，实现了负电压关断，消除了米勒效应的影响和功率开关反并联的二极管续流引起的误导通现象。第四电阻R14、第五电阻R15为门极限流电阻。第七电阻R17为下拉电阻。第一稳压二极管ZD11与第一二极管构成限压子电路限压值为15V。第一稳压二极管ZD12与第三稳压二极管ZD13构成双向限幅子电路，限幅电压为±18V。

此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实施例中并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

综上所述，本实用新型的一种互补驱动电路，包括高端驱动电路和低端驱动电路，实现了桥式结构电压源电力电子变换器单一桥臂上下两只功率器件的互补驱动功能。本实用新型的输入信号为差动信号：当上管驱动信号PWMH为高电平、下管驱动信号PWML为低电平，上管门极驱动端GATE_H相对上管门极驱动端的地GND_H输出高电平+15V；当上管驱动信号PWMH低电平、下管驱动信号PWML高电平，下管门极驱动端GATE_L相对下管门极驱动端的地GND_L输出高低电平+15V；本实用新型的上管门极驱动端GATE_H与下管门极驱动端GATE_L的初始驱动信号开关状态改变时需要加入死区时间，死区时间长短需要由上位机的控制器完成，并且，当上管驱动信号PWMH信号和下管驱动信号PWML同为高电平或同为低电平时，上管和下管均不能被驱动；本实用新型的互补驱动电路适合高频开关频率应用场合，具备差动输入、信号互锁、信号隔离、开通快速、负压关断等功能，具有电路简单、便于控制、成本低廉等优点。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种互补驱动电路，其特征在于，包括：第一驱动电路单元和第二驱动电路单元；

所述第一驱动电路单元包括第一光耦合器；所述第二驱动电路单元包括第二光耦合器；

所述第一驱动电路单元的输入端分别与上管驱动信号和控制电源连接，输出端为上管门极驱动端；其中，所述第一光耦合器的第一引脚与所述第二光耦合器的第二引脚连接，第二引脚与所述第二光耦合器的第一引脚连接，第三引脚与所述上管门极驱动端的对地端连接；第四引脚与所述上管门极驱动端连接；第五引脚与上管驱动电源连接；

所述第二驱动电路单元的输入端分别与下管驱动信号和所述控制电源连接，输出端为下管门极驱动端；其中，所述第二光耦合器的第一引脚与所述第一光耦合器的第二引脚连接，第二引脚与所述第一光耦合器的第一引脚连接，第三引脚与所述下管门极驱动端的对地端连接；第四引脚与所述下管门极驱动端连接；第五引脚与下管驱动电源连接；

所述上管驱动信号和所述下管驱动信号采用差动输入方式。

2.根据权利要求1所述的互补驱动电路，其特征在于：所述第一驱动电路单元还包括多个电阻、多个电容、一限压子电路和一双向限幅子电路；

所述上管驱动信号分别连接至第一电阻、第一电容和第二电阻的一端；所述控制电源与第一电阻和第一电容的另一端连接；

所述第一光耦合器的第一引脚分别与第二电阻的另一端、第二电容的一端、第三电阻的一端和所述第二光耦合器的第二引脚连接；

所述第一光耦合器的第二引脚分别与第二电容的另一端、第三电阻的另一端和所述第二光耦合器的第一引脚连接；

所述第一光耦合器的第四引脚分别与第四电阻和第五电阻的一端连接；第四电阻和第五电阻的另一端分别与第三电容和第六电阻的一端连接；第三电容和第六电阻的另一端分别与第七电阻的一端、限压子电路的第一端、双向限幅子电路的第一端以及所述上管门极驱动端连接；第七电阻的另一端与所述上管门极驱动端的对地端连接；限压子电路的第二端和双向限幅自电路的第二端与所述上管门极驱动端的对地端连接；

第一稳压二极管的阳极与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与所述上管门极驱动端的对地端连接；第二稳压二极管的阴极与第三稳压二极管的阴极连接，第三稳压二极管的阳极与所述上管门极驱动端的对地端连接。

3.根据权利要求2所述的互补驱动电路，其特征在于：限压子电路包括第一稳压二极管和第 一二极管；

第一稳压二极管的阴极为限压子电路的第一端，第一稳压二极管的阳极与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极为限压子电路的第二端。

4.根据权利要求2所述的互补驱动电路，其特征在于：双向限幅子电路包括第二稳压二极管和第三稳压二极管；

第二稳压二极管的阳极为双向限幅子电路的第一端，第二稳压二极管的阴极与第三稳压二极管的阴极连接，第三稳压二极管的阳极为双向限幅子电路的第二端。

5.根据权利要求2所述的互补驱动电路，其特征在于：所述第一驱动电路单元和所述第二驱动电路单元的电路结构是相同的。

6.根据权利要求1所述的互补驱动电路，其特征在于：

当所述上管驱动信号为高电平，所述下管驱动信号为低电平时，则所述上管门极驱动端相对于所述上管门极驱动端的对地端输出高电平；

当所述下管驱动信号为低电平，所述下管驱动信号为高电平时，则所述下管门极驱动端相对于所述下管门极驱动端的对地端输出高电平。

7.根据权利要求1所述的互补驱动电路，其特征在于：所述上管驱动电源采用自举电路，所述自举电路的电源来自所述下管驱动电源。

8.根据权利要求1所述的互补驱动电路，其特征在于：所述上管驱动信号的对地端不是所述上管门极驱动端的对地端；所述下管驱动信号的对地端不是所述下管门极驱动端的对地端。