CN206313748U - 一种新型igbt驱动保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型IGBT驱动保护电路，包括PWM输入电路、第一驱动芯片、第二驱动芯片、过流或短路欠饱和检测电路、驱动电路、过流短路或欠压故障输出电路、吸收保护电路，第一驱动芯片、第二驱动芯片的型号均为HCPL‑316J。本实用新型用流行的HCPL‑316J代替EXB841,同时根据金属表面加工设备、超声波清洗、感应加热电源领域开关频率高，非阻性负载进刀退刀冲击大这一特点。对驱动电路关键点进行改进，改进后的驱动电路保证门极电压不会产生振荡，同时最大限度消除IGBT的密勤效应，提高IGBT的开关速度，从而降低IGBT散热，提高IGBT转化效率。

Description

一种新型IGBT驱动保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种新型IGBT驱动保护电路，属于金属表面加工设备、超声波清洗、感应加热电源技术领域。

背景技术

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。

作为电力电子重要大功率主流器件之一，IGBT已经广泛应用于家用电器、交通运输、电力工程、可再生能源和智能电网等领域。在工业应用方面，如交通控制、功率变换、工业电机、不间断电源、风电与太阳能设备，以及用于自动控制的变频器。在消费电子方面，IGBT用于家用电器、相机和手机。

金属表面加工设备、超声波清洗、感应加热电源领域，需要15-100khZ的超声波。现有的驱动电路驱动芯片EXB841快速型开关频率最高40khZ，不能满足金属表面加工设备、超声波清洗、感应加热电源领域需求。驱动电路驱动芯片EXB841存在负压不足，IGBT在恶劣环境下会反向击穿等设计缺陷，EXB841过流保护不具备软关断功能，进一步降低了驱动电路可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种新型IGBT驱动保护电路；

本实用新型的技术方案为：

一种新型IGBT驱动保护电路，包括PWM输入电路、第一驱动芯片、第二驱动芯片、过流或短路欠饱和检测电路、驱动电路、过流短路或欠压故障输出电路、吸收保护电路，所述第一驱动芯片的型号为HCPL-316J，驱动上桥臂；所述第二驱动芯片的型号为HCPL-316J，驱动下桥臂。

PWM驱动信号通过比较流行的驱动芯片HCPL-316J,HCPL-316J是Agilen公司生产的一种光电耦合驱动器件，其特点是：内部集成集电极-发射极电压(UCE)欠饱和检测电路及故障状态反馈电路，具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定、故障信号输出的功能，兼容CMOS/TTL电平，采用三重复合达林顿管集电极开路输出，可驱动150A/1200V的IGBT，最大开关时间500ns，“软”IGBT关断，工作电压范围15～30V.可编程逻辑控制器与该器件结合可实现IGBT的驱动，使得IGBT欠饱和检测、供电欠压锁定结构紧凑，低成本且易于实现，同时满足了宽范围的安全与调节需要。HCPL-316J引脚14DESAT与R9、D5、C3组成过流或短路欠饱和检测电路。IGBT导通时发生过流，由于IGBT固有特性，UCE急剧增高，快恢复二极管D5检测此电压，如DESAT端输入电压大于7V,退饱和保护电路开始工作，HCPL-316J锁定低电平输出，关断IGBT,同时HCPL-316J第6脚DESAT输出低电平。HCPL-316J后的驱动电路即保证栅极电压不会产生振荡，同时最大限度消除IGBT的密勤效应。提高IGBT的开关速度，从而降低IGBT散热，提高IGBT转化效率。HCPL-316J故障输出信号与可编程逻辑控制芯片逻辑控制电路相结合，构成了IGBT的双重保护电路。IGBT吸收保护电路滤出IGBT开关尖峰，从源头上降低电磁干扰。

根据本实用新型优选的，所述PWM输入电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R16，所述电阻R12的一端、所述电阻R13的一端均连接所述第一驱动芯片的引脚1，所述电阻R12的另一端接收上桥臂PWM驱动信号，所述电阻R13的另一端接地，所述第一驱动芯片的引脚2接地；

所述电阻R15的一端、所述电阻R16的一端均连接所述第二驱动芯片的引脚1，所述电阻R15的另一端接收下桥臂PWM驱动信号，所述电阻R16的另一端接地，所述第二驱动芯片的引脚2接地。

所述第一驱动芯片的引脚1通过所述电阻R12接收PWM信号，所述电阻R12的电阻值根据产生的PWM信号的芯片驱动能力调整，这样能有效防止驱动芯片复位前PWM信号电平不确定状态造成IGBT上下桥臂直通。第一驱动芯片的引脚1与地接电阻R13，消除驱动信号反射波干扰。

根据本实用新型优选的，所述电阻R13为电阻值为10-20kΩ的金属膜电阻。

根据本实用新型优选的，所述过流或短路欠饱和检测电路包括二极管D5、电阻R9、电容C3、二极管D6、电阻R10、电容C4，所述二极管D5的正极连接所述电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端分别连接所述电容C3的一端、所述第一驱动芯片的引脚14，所述电容C3的另一端接地；所述二极管D6的正极连接所述电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端分别连接所述电容C4、所述第二驱动芯片的引脚14。

此处设计的优势在于，保证了保护的灵敏性，又消除进刀、退刀时冲击电流及外界干扰信号引起的误保护。

根据本实用新型优选的，所述二极管D5、二极管D6为型号为FR107的快恢复二极管；所述电阻R9、电阻R10为精度为1％、电阻值为51-120Ω的金属膜电阻；所述电容C3、电容C4为校正电容101/25V。

根据本实用新型优选的，所述驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、第一绝缘栅双极型晶体管Q1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、第二绝缘栅双极型晶体管Q2，

所述电阻R2与所述二极管D1串联后与所述电阻R1并联，所述电阻R3的一端分别连接所述二极管D1的正极、所述电阻R1、所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极，所述电阻R3的另一端分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、所述电容C3、所述二极管D6的负极，所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极连接所述二极管D6的负极；

所述电阻R5与所述二极管D2串联后与所述电阻R4并联，所述电阻R6的一端分别连接所述二极管D2的正极、所述电阻R4、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极，所述电阻R6的另一端连接所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极、所述电容C4。

电阻R1、电阻R2、二极管D1组成上桥臂驱动电路，电阻R4、电阻R5、二极管D2组成下桥臂驱动电路，电阻R3、电阻R6起到过压保护作用，同时提高栅极抗干扰能力；电阻R2与D1串联后再与R1并联，所述电阻R5与所述二极管D2串联后与所述电阻R4并联，驱动电路改进即保证栅极电压不会产生振荡，同时最大限度消除IGBT的密勤效应。提高IGBT的开关速度，从而降低IGBT散热，提高IGBT转化效率。

根据本实用新型优选的，所述电阻R3、电阻R6为电阻值为10-20KΩ的金属膜电阻；

根据本实用新型优选的，所述吸收保护电路包括电阻R7、二极管D3、电容C1、电阻R8、二极管D4、电容C2，

所述电阻R7与所述二极管D3并联再串联所述电容C1，所述电阻R7分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的源极、所述二极管D5的负极，所述二极管D3分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的源极、所述二极管D5的负极；

所述电阻R8与所述二极管D4并联再串联所述电容C2，所述电阻R8分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、所述电阻R3、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、所述电容C1、所述电容C3、所述二极管D6的负极，所述二极管D4分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、所述电阻R3、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、所述电容C1、所述电容C3、所述二极管D6的负极，所述电容C2分别连接所述电阻R6、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极、所述电容C4。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型用流行的HCPL-316J代替EXB841,同时根据金属表面加工设备、超声波清洗、感应加热电源领域开关频率高，非阻性负载进刀退刀冲击大这一特点。对驱动电路关键点进行改进，改进后的驱动电路保证栅极电压不会产生振荡，同时最大限度消除IGBT的密勤效应，提高IGBT的开关速度，从而降低IGBT散热，提高IGBT转化效率。栅极和源极之间并接一个10-20K金属膜的电阻，提高栅极抗干扰能力；

2、本实用新型过流或短路欠饱和检测部分电路中保护电阻的选取即保证保护的灵敏性，又消除进刀、退刀时冲击电流及外界干扰信号引起的误保护；

3、本实用新型PWM输入电路有效防止驱动芯片复位前PWM信号电平不确定状态造成IGBT上下桥臂直通，同时消除PWM信号反射波干扰。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构图；

图2为本实用新型所述驱动电路的电路结构图；

图3为本实用新型所述过流或短路欠饱和检测电路的电路结构图；

图4为本实用新型所述PWM输入电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本实用新型作进一步限定，但不限于此。

实施例

一种新型IGBT驱动保护电路，如图1所示，包括PWM输入电路、第一驱动芯片、第二驱动芯片、过流或短路欠饱和检测电路、驱动电路、过流短路或欠压故障输出电路、吸收保护电路，第一驱动芯片的型号为HCPL-316J，驱动上桥臂；第二驱动芯片的型号为HCPL-316J，驱动下桥臂。

PWM驱动信号通过比较流行的驱动芯片HCPL-316J,HCPL-316J是Agilen公司生产的一种光电耦合驱动器件，其特点是：内部集成集电极-发射极电压(UCE)欠饱和检测电路及故障状态反馈电路，具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定、故障信号输出的功能，兼容CMOS/TTL电平，采用三重复合达林顿管集电极开路输出，可驱动150A/1200V的IGBT，最大开关时间500ns，“软”IGBT关断，工作电压范围15～30V.可编程逻辑控制器与该器件结合可实现IGBT的驱动，使得IGBT欠饱和检测、供电欠压锁定结构紧凑，低成本且易于实现，同时满足了宽范围的安全与调节需要。HCPL-316J引脚14DESAT与R9、D5、C3组成过流或短路欠饱和检测电路。IGBT导通时发生过流，由于IGBT固有特性，UCE急剧增高，快恢复二极管D5检测此电压，如DESAT端输入电压大于7V,退饱和保护电路开始工作，HCPL-316J锁定低电平输出，关断IGBT,同时HCPL-316J第6脚DESAT输出低电平。HCPL-316J后的驱动电路即保证栅极电压不会产生振荡，同时最大限度消除IGBT的密勤效应。提高IGBT的开关速度，从而降低IGBT散热，提高IGBT转化效率。HCPL-316J故障输出信号与可编程逻辑控制芯片逻辑控制电路相结合，构成了IGBT的双重保护电路。IGBT吸收保护电路滤出IGBT开关尖峰，从源头上降低电磁干扰。

如图4所示，PWM输入电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R16，电阻R12的一端、电阻R13的一端均连接第一驱动芯片的引脚1，电阻R12的另一端接收上桥臂PWM驱动信号，电阻R13的另一端接地，第一驱动芯片的引脚2接地；

电阻R15的一端、电阻R16的一端均连接第二驱动芯片的引脚1，电阻R15的另一端接收下桥臂PWM驱动信号，电阻R16的另一端接地，第二驱动芯片的引脚2接地。

第一驱动芯片的引脚1通过电阻R12接收PWM信号，电阻R12的电阻值根据产生的PWM信号的芯片驱动能力调整，这样能有效防止驱动芯片复位前PWM信号电平不确定状态造成IGBT上下桥臂直通。第一驱动芯片的引脚1与地接电阻R13，消除驱动信号反射波干扰。

电阻R13为电阻值为10-20kΩ的金属膜电阻。

如图3所示，过流或短路欠饱和检测电路包括二极管D5、电阻R9、电容C3、二极管D6、电阻R10、电容C4，二极管D5的正极连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电容C3的一端、第一驱动芯片的引脚14，电容C3的另一端接地；二极管D6的正极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接电容C4、第二驱动芯片的引脚14。

此处设计的优势在于，保证了保护的灵敏性，又消除进刀、退刀时冲击电流及外界干扰信号引起的误保护。

二极管D5、二极管D6为型号为FR107的快恢复二极管；电阻R9、电阻R10为精度为1％、电阻值为51-120Ω的金属膜电阻；电容C3、电容C4为校正电容101/25V。

如图2所示，驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、第一绝缘栅双极型晶体管Q1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、第二绝缘栅双极型晶体管Q2；

电阻R2与二极管D1串联后与电阻R1并联，电阻R3的一端分别连接二极管D1的正极、电阻R1、第一绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极，电阻R3的另一端分别连接第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、电容C3、二极管D6的负极，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极连接二极管D6的负极；

电阻R5与二极管D2串联后与电阻R4并联，电阻R6的一端分别连接二极管D2的正极、电阻R4、第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极，电阻R6的另一端连接第二绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极、电容C4。

电阻R1、电阻R2、二极管D1组成上桥臂驱动电路，电阻R4、电阻R5、二极管D2组成下桥臂驱动电路，电阻R3、电阻R6起到过压保护作用，同时提高栅极抗干扰能力；电阻R2与D1串联后再与R1并联，电阻R5与所述二极管D2串联后与电阻R4并联，驱动电路改进即保证栅极电压不会产生振荡，同时最大限度消除IGBT的密勤效应。提高IGBT的开关速度，从而降低IGBT散热，提高IGBT转化效率。

电阻R3、电阻R6为电阻值为10-20KΩ的金属膜电阻；

吸收保护电路包括电阻R7、二极管D3、电容C1、电阻R8、二极管D4、电容C2；

电阻R7与二极管D3并联再串联电容C1，电阻R7分别连接第一绝缘栅双极型晶体管Q1的源极、二极管D5的负极，二极管D3分别连接第一绝缘栅双极型晶体管Q1的源极、二极管D5的负极；

电阻R8与二极管D4并联再串联电容C2，电阻R8分别连接第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、电阻R3、第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、电容C1、电容C3、二极管D6的负极，二极管D4分别连接第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、电阻R3、第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、电容C1、电容C3、二极管D6的负极，电容C2分别连接电阻R6、第二绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极、电容C4。

Claims (8)

1.一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，包括PWM输入电路、第一驱动芯片、第二驱动芯片、过流或短路欠饱和检测电路、驱动电路、过流短路或欠压故障输出电路、吸收保护电路，所述第一驱动芯片的型号为HCPL-316J；所述第二驱动芯片的型号为HCPL-316J。

2.根据权利要求1所述的一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述PWM输入电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R16，所述电阻R12的一端、所述电阻R13的一端均连接所述第一驱动芯片的引脚1，所述电阻R12的另一端接收上桥臂PWM驱动信号，所述电阻R13的另一端接地，所述第一驱动芯片的引脚2接地；

所述电阻R15的一端、所述电阻R16的一端均连接所述第二驱动芯片的引脚1，所述电阻R15的另一端接收下桥臂PWM驱动信号，所述电阻R16的另一端接地，所述第二驱动芯片的引脚2接地。

3.根据权利要求2所述的一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述电阻R13、所述电阻R16均为电阻值为10-20kΩ的金属膜电阻。

4.根据权利要求2所述的一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述过流或短路欠饱和检测电路包括二极管D5、电阻R9、电容C3、二极管D6、电阻R10、电容C4，所述二极管D5的正极连接所述电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端分别连接所述电容C3的一端、所述第一驱动芯片的引脚14，所述电容C3的另一端接地；所述二极管D6的正极连接所述电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端分别连接所述电容C4、所述第二驱动芯片的引脚14。

5.根据权利要求4所述的一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述二极管D5、二极管D6为型号为FR107的快恢复二极管；所述电阻R9、电阻R10为精度为1％、电阻值为51-120Ω的金属膜电阻；所述电容C3、电容C4为校正电容101/25V。

6.根据权利要求4所述的一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、第一绝缘栅双极型晶体管Q1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、第二绝缘栅双极型晶体管Q2；

所述电阻R2与所述二极管D1串联后与所述电阻R1并联，所述电阻R3的一端分别连接所述二极管D1的正极、所述电阻R1、所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极，所述电阻R3的另一端分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、所述电容C3、所述二极管D6的负极，所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极连接所述二极管D6的负极；

所述电阻R5与所述二极管D2串联后与所述电阻R4并联，所述电阻R6的一端分别连接所述二极管D2的正极、所述电阻R4、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极，所述电阻R6的另一端连接所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极、所述电容C4。

7.根据权利要求6所述的一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述电阻R3、电阻R6为电阻值为10-20KΩ的金属膜电阻。

8.根据权利要求6或7所述的一种新型IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述吸收保护电路包括电阻R7、二极管D3、电容C1、电阻R8、二极管D4、电容C2；

所述电阻R7与所述二极管D3并联再串联所述电容C1，所述电阻R7分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的源极、所述二极管D5的负极，所述二极管D3分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的源极、所述二极管D5的负极；

所述电阻R8与所述二极管D4并联再串联所述电容C2，所述电阻R8分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、所述电阻R3、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、所述电容C1、所述电容C3、所述二极管D6的负极，所述二极管D4分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极、所述电阻R3、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极、所述电容C1、所述电容C3、所述二极管D6的负极，所述电容C2分别连接所述电阻R6、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极、所述电容C4。