CN211981734U - 一种变压器隔离igbt驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变压器隔离IGBT驱动电路，属于电力电子IGBT驱动领域。它包括初级驱动隔离电路、变压器、副边电源构造电路、图腾柱驱动电路、双回路IGBT门级钳位保护电路，其中，初级驱动隔离电路的输出端与变压器的初级绕组连接，变压器的次级绕组与副边电源构造电路的输入端连接，变压器的次级绕组与图腾柱驱动电路的输入端连接，图腾柱驱动电路的输出端与双回路IGBT门级钳位保护电路输入端连接。采用本申请的电路结构，变压器既可以传递驱动信号，又可作为隔离电源，优化稳定驱动电压，安全隔离电压高，绝缘距离有效保障，优化了PCB的上的设计，简化电路并节省成本。

Description

一种变压器隔离IGBT驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种变压器隔离IGBT驱动电路，属于电力电子IGBT驱动领域。

背景技术

IGBT驱动电路的隔离技术主要是把后级的高压和前级驱动信号进行电气隔离，达到安全标准，增强系统可靠性。

IGBT驱动电路常用的隔离方式有如下两种：

(1)光隔离方式，光隔离主要是光耦和光纤传输方式，隔离电压相对较低，存在传输延迟，老化和光衰退可靠性等方面的问题。

(2)磁隔离方式，采用脉冲变压器的隔离方式可以实现相对较高的隔离电压，且变压器的可靠性高，传输延迟小，可以实现较高的开关频率，不存在老化的问题。但由于IGBT具有电流拖尾效应，在关断时要求更好的抗干扰性，最好需要负压驱动。特别在干扰较重时，负压关断对于提高可靠性有很大好处。

但现有技术中采用的变压器隔离方式的电路结构多较为复杂，且传递驱动信号副边无源驱动问题，电路成本较高，且驱动电压稳定有待优化等缺陷。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种变压器隔离IGBT驱动电路，它解决了传统变压器传递驱动信号副边无源驱动问题，保证了IGBT驱动的正向偏置电压和关断负压，省略了单独驱动电源问题，简化了电路。

本实用新型所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

一种变压器隔离IGBT驱动电路，包括初级驱动隔离电路、变压器T1、副边电源构造电路、图腾柱驱动电路、双回路IGBT门级钳位保护电路，其中，初级驱动隔离电路的输出端与变压器T1的初级绕组连接，变压器T1的次级绕组与副边电源构造电路的输入端连接，变压器T1的次级绕组与图腾柱驱动电路的输入端连接，图腾柱驱动电路的输出端与双回路IGBT门级钳位保护电路输入端连接；

所述初级驱动隔离电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、MOS管Qa、第一稳压管Z1、第一二极管D1，其中，第一滤波电容C1的正极与电源端Vcc连接，第一滤波电容C1的负极接地，第一电阻R1的一端与输出端连接，第一电阻R1的另一端与MOS管Qa的栅极连接，第二电阻的一端与MOS管Qa的栅极连接，第二电阻的另一端与MOS管Qa的源极连接并接地，MOS管Qa的漏极、第一二极管D1的正极与变压器T1初级绕组异名端连接，第一二极管D1的负极与第一稳压管Z1的负极连接，第一稳压管Z1的正极、变压器T1初级绕组同名端与电源端Vcc连接，第二滤波电容C2的正极与电源端Vcc连接，第二滤波电容C2的负极接地；

所述副边电源构造电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第一稳压基准源U1、第二稳压基准源U2，其中，第二二极管D2的正极、第四二极管D4的负极与变压器T1次级绕组同名端连接，第二二极管D2的负极与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极、第五二极管D5的负极与变压器T1次级绕组异名端连接，第五二极管D5的正极与第四二极管D4的正极连接，第三滤波电容C3的正极与第五二极管D5的正极连接，第三滤波电容C3的负极与第三二极管D3的负极连接，第三电阻R3的一端与第三滤波电容C3的负极连接，第三电阻R3的另一端与第一稳压基准源U1的阴极和第四电阻R4的一端连接，第一稳压基准源U1的参考极与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接，第一稳压基准源U1的阳极与第五电阻R5的另一端、第二稳压基准源U2的阴极、第六电阻R6的一端连接，第二稳压基准源U2的参考极与第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的一端连接，第二稳压基准源U2的阳极与第七电阻R7的另一端连接，第四滤波电容C4的正极、第五滤波电容C5的正极与第一稳压基准源U1的阴极连接，第四滤波电容C4的负极、第五滤波电容C5的负极与第一稳压基准源U1的阳极连接，第六滤波电容C6的正极、第七滤波电容C7的正极与第二稳压基准源U2的阴极连接，第六滤波电容C6的负极、第七滤波电容C7的负极与第二稳压基准源U2的阳极连接；

所述图腾柱驱动电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一三极管Q1、第二三极管Q2，其中，第八电阻R8的一端与变压器T1次级绕组同名端连接，第八电阻R8的另一端与第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极的连接，第一三极管Q1的发射极与第九电阻R9的一端连接，第二三极管Q2的发射极与第十电阻R10的一端连接，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的另一端连接，第一三极管Q1的集电极与驱动电源端Vp连接，第二三极管Q2的集电极接地；

所述双回路IGBT门级钳位保护电路包括第六二极管D6、第十一电阻R11、第二稳压管Z2、第三稳压管Z3，其中，第六二极管D6的正极与第九电阻R9的另一端和第十电阻R10的另一端连接，第六二极管D6的负极与第一三极管Q1的集电极和驱动电源端Vp连接，第十一电阻R11的一端与第六二极管D6的正极和第二稳压管Z2的负极连接，第二稳压管Z2的正极与第三稳压管Z3的正极连接，第三稳压管Z3的负极和第十一电阻R11的另一端与驱动电源Ve连接。

优选地，所述初级驱动隔离电路的输入端与控制器的输出端连接，控制器为驱动信号控制器、PWM振荡器、DSP、ARM、MCU芯片中的一种。

优选地，所述第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5为高频肖特基二极管。

优选地，所述第一稳压基准源U1、第二稳压基准源U2为高精度电压稳压器TL431。

优选地，所述第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管。

本实用新型的有益效果是：采用本申请的电路结构，变压器既可以传递驱动信号，又可作为隔离电源，优化稳定驱动电压，安全隔离电压高，绝缘距离有效保障，优化了PCB的上的设计，简化电路并节省成本。

附图说明

图1为本实用新型的连接示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种变压器隔离IGBT驱动电路，包括初级驱动隔离电路、变压器T1、副边电源构造电路、图腾柱驱动电路、双回路IGBT门级钳位保护电路，其中，初级驱动隔离电路的输出端与变压器T1的初级绕组连接，变压器T1的次级绕组与副边电源构造电路的输入端连接，变压器T1的次级绕组与图腾柱驱动电路的输入端连接，图腾柱驱动电路的输出端与双回路IGBT门级钳位保护电路输入端连接。

所述初级驱动隔离电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、MOS管Qa、第一稳压管Z1、第一二极管D1，其中，第一滤波电容C1的正极与电源端Vcc连接，第一滤波电容C1的负极接地，第一电阻R1的一端与输出端连接，第一电阻R1的另一端与MOS管Qa的栅极连接，第二电阻的一端与MOS管Qa的栅极连接，第二电阻的另一端与MOS管Qa的源极连接并接地，MOS管Qa的漏极、第一二极管D1的正极与变压器T1初级绕组异名端连接，第一二极管D1的负极与第一稳压管Z1的负极连接，第一稳压管Z1的正极、变压器T1初级绕组同名端与电源端Vcc连接，第二滤波电容C2的正极与电源端Vcc连接，第二滤波电容C2的负极接地。所述电源端Vcc电压为15V。

所述副边电源构造电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第一稳压基准源U1、第二稳压基准源U2，其中，第二二极管D2的正极、第四二极管D4的负极与变压器T1次级绕组同名端连接，第二二极管D2的负极与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极、第五二极管D5的负极与变压器T1次级绕组异名端连接，第五二极管D5的正极与第四二极管D4的正极连接，第三滤波电容C3的正极与第五二极管D5的正极连接，第三滤波电容C3的负极与第三二极管D3的负极连接，第三电阻R3的一端与第三滤波电容C3的负极连接，第三电阻R3的另一端与第一稳压基准源U1的阴极和第四电阻R4的一端连接，第一稳压基准源U1的参考极与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接，第一稳压基准源U1的阳极与第五电阻R5的另一端、第二稳压基准源U2的阴极、第六电阻R6的一端连接，第二稳压基准源U2的参考极与第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的一端连接，第二稳压基准源U2的阳极与第七电阻R7的另一端连接，第四滤波电容C4的正极、第五滤波电容C5的正极与第一稳压基准源U1的阴极连接，第四滤波电容C4的负极、第五滤波电容C5的负极与第一稳压基准源U1的阳极连接，第六滤波电容C6的正极、第七滤波电容C7的正极与第二稳压基准源U2的阴极连接，第六滤波电容C6的负极、第七滤波电容C7的负极与第二稳压基准源U2的阳极连接。第四滤波电容C4、第五滤波电容C5并联Vp与Ve两端，Vp与Ve为第一组精密电源端，第六滤波电容C6、第七滤波电容C7并联Ve与Vgnd两端，Ve与Vgnd为第二组精密电源端。第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7为两组精密电源的滤波电容，储存驱动电路所需的电荷。变压器T1的副边线圈使用全桥整流且为低压降肖特基二极管，提高变压器T1使用率，降低整流二极管平均电流，减小体积提高效率，减少副边线圈侧的电容容量，增强输出电压稳定性。变压器隔离IGBT驱动电路的驱动信号进行功率放大后经过变压器T1磁耦合到副边，再经由第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5组成的桥式整流器将功率放大后的驱动信号传输到副边的高频方波进行桥式整流，再通过由第一稳压基准源U1、第二稳压基准源U2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7组成驱动电路的Vp与Ve两组精密电源。

所述图腾柱驱动电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一三极管Q1、第二三极管Q2，其中，第八电阻R8的一端与变压器T1次级绕组同名端连接，第八电阻R8的另一端与第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极的连接，第一三极管Q1的发射极与第九电阻R9的一端连接，第二三极管Q2的发射极与第十电阻R10的一端连接，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的另一端连接，第一三极管Q1的集电极与驱动电源端Vp连接，第二三极管Q2的集电极接地。本申请的电路使用图腾柱射极跟随器进行功率放大，可驱动10A或更大电流等级的MOS进行快速的开通与关断；上述图腾柱驱动电路也可根据驱动电流大小要求进行多路并联扩展或者使用驱动芯片。

所述双回路IGBT门级钳位保护电路包括第六二极管D6、第十一电阻R11、第二稳压管Z2、第三稳压管Z3，其中，第六二极管D6的正极与第九电阻R9的另一端和第十电阻R10的另一端连接，第六二极管D6的负极与第一三极管Q1的集电极和驱动电源端Vp连接，第十一电阻R11的一端与第六二极管D6的正极和第二稳压管Z2的负极连接，第二稳压管Z2的正极与第三稳压管Z3的正极连接，第三稳压管Z3的负极和第十一电阻R11的另一端与驱动电源Ve连接。第二稳压管Z2、第三稳压管Z3为高精度稳压二极管，第六二极管D6为为低导通压降小漏电流快速二极管对驱动电源的正幅度进行电源钳位。

所述初级驱动隔离电路的输入端与控制器的输出端连接，控制器为驱动信号控制器、PWM振荡器、DSP、ARM、MCU芯片中的一种。

所述第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5为高频肖特基二极管。

所述第一稳压基准源U1、第二稳压基准源U2为高精度电压稳压器TL431。

第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应当了解，本实用新型不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种变压器隔离IGBT驱动电路，其特征在于，包括初级驱动隔离电路、变压器T1、副边电源构造电路、图腾柱驱动电路、双回路IGBT门级钳位保护电路，其中，初级驱动隔离电路的输出端与变压器T1的初级绕组连接，变压器T1的次级绕组与副边电源构造电路的输入端连接，变压器T1的次级绕组与图腾柱驱动电路的输入端连接，图腾柱驱动电路的输出端与双回路IGBT门级钳位保护电路输入端连接；

所述初级驱动隔离电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、MOS管Qa、第一稳压管Z1、第一二极管D1，其中，第一滤波电容C1的正极与电源端Vcc连接，第一滤波电容C1的负极接地，第一电阻R1的一端与输出端连接，第一电阻R1的另一端与MOS管Qa的栅极连接，第二电阻的一端与MOS管Qa的栅极连接，第二电阻的另一端与MOS管Qa的源极连接并接地，MOS管Qa的漏极、第一二极管D1的正极与变压器T1初级绕组异名端连接，第一二极管D1的负极与第一稳压管Z1的负极连接，第一稳压管Z1的正极、变压器T1初级绕组同名端与电源端Vcc连接，第二滤波电容C2的正极与电源端Vcc连接，第二滤波电容C2的负极接地；

所述副边电源构造电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第一稳压基准源U1、第二稳压基准源U2，其中，第二二极管D2的正极、第四二极管D4的负极与变压器T1次级绕组同名端连接，第二二极管D2的负极与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极、第五二极管D5的负极与变压器T1次级绕组异名端连接，第五二极管D5的正极与第四二极管D4的正极连接，第三滤波电容C3的正极与第五二极管D5的正极连接，第三滤波电容C3的负极与第三二极管D3的负极连接，第三电阻R3的一端与第三滤波电容C3的负极连接，第三电阻R3的另一端与第一稳压基准源U1的阴极和第四电阻R4的一端连接，第一稳压基准源U1的参考极与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接，第一稳压基准源U1的阳极与第五电阻R5的另一端、第二稳压基准源U2的阴极、第六电阻R6的一端连接，第二稳压基准源U2的参考极与第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的一端连接，第二稳压基准源U2的阳极与第七电阻R7的另一端连接，第四滤波电容C4的正极、第五滤波电容C5的正极与第一稳压基准源U1的阴极连接，第四滤波电容C4的负极、第五滤波电容C5的负极与第一稳压基准源U1的阳极连接，第六滤波电容C6的正极、第七滤波电容C7的正极与第二稳压基准源U2的阴极连接，第六滤波电容C6的负极、第七滤波电容C7的负极与第二稳压基准源U2的阳极连接；

所述图腾柱驱动电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一三极管Q1、第二三极管Q2，其中，第八电阻R8的一端与变压器T1次级绕组同名端连接，第八电阻R8的另一端与第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极的连接，第一三极管Q1的发射极与第九电阻R9的一端连接，第二三极管Q2的发射极与第十电阻R10的一端连接，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的另一端连接，第一三极管Q1的集电极与驱动电源端Vp连接，第二三极管Q2的集电极接地；

所述双回路IGBT门级钳位保护电路包括第六二极管D6、第十一电阻R11、第二稳压管Z2、第三稳压管Z3，其中，第六二极管D6的正极与第九电阻R9的另一端和第十电阻R10的另一端连接，第六二极管D6的负极与第一三极管Q1的集电极和驱动电源端Vp连接，第十一电阻R11的一端与第六二极管D6的正极和第二稳压管Z2的负极连接，第二稳压管Z2的正极与第三稳压管Z3的正极连接，第三稳压管Z3的负极和第十一电阻R11的另一端与驱动电源Ve连接。

2.根据权利要求1所述的一种变压器隔离IGBT驱动电路，其特征在于，所述初级驱动隔离电路的输入端与控制器的输出端连接，控制器为驱动信号控制器、PWM振荡器、DSP、ARM、MCU芯片中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种变压器隔离IGBT驱动电路，其特征在于，所述第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5为高频肖特基二极管。

4.根据权利要求1所述的一种变压器隔离IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一稳压基准源U1、第二稳压基准源U2为高精度电压稳压器TL431。

5.根据权利要求1所述的一种变压器隔离IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管。

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