CN212969595U

CN212969595U - 一种压控流型功率管驱动电路

Info

Publication number: CN212969595U
Application number: CN202022199510.XU
Authority: CN
Inventors: 钱飞燕; 李杰梅; 谢佳明
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2030-09-30

Abstract

本实用新型公开了一种压控流型功率管驱动电路，包括前级放大电路、功率放大电路、电源及RC网络；其中电源用于供电，前级放大电路接入PWM信号，功率放大电路与前级放大电路、RC网络、压控流功率管连接，RC网络与压控流功率管连接。本实用新型驱动电路可有效提升驱动电流、驱动功率开关频率大小以及减小开关损耗；通过实测显示驱动电路瞬时驱动电流峰值达十几A，并且IGBT的开通上升沿、关断下降沿驱动电路的传输延时时间可控制在几十ns以内，大功率管的开关频率能达近MHz，该指标在同类产品中属于领先，充分说明本驱动电路驱动功率大的优势。

Description

一种压控流型功率管驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种压控流型功率管驱动电路，属于压控流型功率管驱动电路领域。

背景技术

在压控流型功率管驱动领域，驱动电路作为PWM及功率管中间的桥梁，主要承担着对PWM进行电平的位移、功率放大及隔离等作用，一款好的驱动电路直接决定着功率管工作状态的好坏。现如今市面上存在的驱动电路主要的拓扑结构为推挽式结构，该结构存在着驱动电流较小、驱动功率不足的缺点，该缺点进而可影响着功率管的工作状态，例如减小功率管的开关频率，增大功率管的开关损耗，降低效率。

发明内容

本实用新型提供了一种压控流型功率管驱动电路，以用于实现功率管的驱动。

本实用新型的技术方案是：一种压控流型功率管驱动电路，包括前级放大电路、功率放大电路、电源及RC网络；其中电源用于供电，前级放大电路接入PWM信号，功率放大电路与前级放大电路、RC网络、压控流功率管连接，RC网络与压控流功率管连接。

所述前级放大电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2；其中三极管Q1的发射极连接正电源VCC，三极管Q1的集电极与功率放大电路连接，三极管Q1的基极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接PWM信号，三极管Q2的发射极连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接负电源VEE。

所述功率放大电路由三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电阻R3及电阻R4组成；其中三极管Q3的基极、三极管Q4的基极、电阻R3的一端与前级放大电路连接，电阻R3另一端连接负电源VEE，三极管Q3的集电极连接正电源VCC，三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极、三极管Q5的集电极共同连着压控流功率管、RC网络中的二极管D1；三极管Q4的集电极连接电阻R4一端、RC网络中电容C1一端、RC网络中电阻R5一端，电阻R4另一端连接负电源VEE，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极接RC网络中二极管D2，三极管Q5的发射极接负电源VEE。

所述RC网络由电容C1、电阻R5、二极管D1和二极管D2组成；其中电容C1的一端、电阻R5一端共同连接功率放大电路中三极管Q4的集电极、功率放大电路中电阻R4一端，电容C1的另一端连接二极管D1的阳极，电阻R5与电容C1并联，方向相同的二极管D1与二极管D2并联，二极管D2阴极接功率放大电路中三极管Q5的基极，二极管D1的阴极接功率放大电路中三极管Q3的发射极、功率放大电路中三极管Q4的发射极、三极管Q5的集电级、压控流功率管。

本实用新型的有益效果是：本实用新型驱动电路可有效提升驱动电流、驱动功率开关频率大小以及减小开关损耗；通过实测显示驱动电路瞬时驱动电流峰值达十几A，并且IGBT的开通上升沿、关断下降沿驱动电路的传输延时时间可控制在几十ns以内，大功率管的开关频率能达近MHz，该指标在同类产品中属于领先，充分说明本驱动电路驱动功率大的优势。

附图说明

图1为本实用新型的模块框图；

图2为本实用新型中驱动电路具体连接图；

图3为驱动电路的驱动电流通路；

图4为驱动电路的泄放电流通路。

具体实施方式

实施例1：如图1-4所示，一种压控流型功率管驱动电路，包括前级放大电路、功率放大电路、电源及RC网络；其中电源用于供电，前级放大电路接入PWM信号，功率放大电路与前级放大电路、RC网络、压控流功率管连接，RC网络与压控流功率管连接。其中功率放大电路及RC网络可合称为驱动泄放通路。前级放大电路主要通过三极管的欠饱和状态，增大其电流，此电流作为功率放大电路的驱动电流，对功率放大电路中各三极管进行开关控制，进而控制整个功率放大电路进行驱动、泄放电流控制。当功率放大电路处于驱动电流方式时，电源通过功率放大电路对压控流功率管的输入电容进行充电，进而将功率管打开。相反，当功率放大电路处于泄放电流方式时，电源通过功率放大电路对压控流功率管的输入电容进行放电，进而将功率管关断。RC网络则是控制功率放大电路中泄放通路三极管的开通状态。电源包括了正电源和负电源两种。

如图2所示，功率管以IGBT为例具体阐述：

PWM信号需要经过隔离器进行处理，隔离干扰，PWM信号连接前级放大电路中三极管Q2的基极。

进一步地，可以设置所述前级放大电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2；PNP型三极管Q1的发射极连接正电源VCC，三极管Q1的集电极与功率放大电路连接，三极管Q1的基极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接NPN型三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接PWM信号，三极管Q2的发射极连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接负电源VEE。该模块主要承担着对驱动泄放通路中各三极管的开通和关断控制，同时该模块中三极管Q1、Q2的状态为欠饱和状态，这就意味着其相较完全导通状态可以有更短的退饱和时间，减小功率管的开通上升沿时间、关断下降沿时间及传输延迟时间。

进一步地，可以设置所述功率放大电路由NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q4、NPN型三极管Q5、电阻R3及电阻R4组成；三极管Q3的基极、三极管Q4的基极、电阻R3的一端与前级放大电路连接，电阻R3另一端连接负电源VEE，三极管Q3的集电极连接正电源VCC，三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极、三极管Q5的集电极共同连着压控流功率管(即图中IGBT的栅极)、RC网络中的二极管D1；三极管Q4的集电极连接电阻R4一端、RC网络中电容C1一端、RC网络中电阻R5一端，电阻R4另一端连接负电源VEE，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极接RC网络中二极管D2，三极管Q5的发射极接负电源VEE。

RC网络由电容C1、电阻R5、二极管D1和二极管D2组成；其中电容C1的一端、电阻R5一端共同连接功率放大电路中三极管Q4的集电极、功率放大电路中电阻R4一端，电容C1的另一端连接二极管D1的阳极，电阻R5与电容C1并联，方向相同的二极管D1与二极管D2并联，二极管D2阴极接功率放大电路中三极管Q5的基极，二极管D1的阴极接功率放大电路中三极管Q3的发射极、功率放大电路中三极管Q4的发射极、三极管Q5的集电级、压控流功率管。驱动泄放通路模块主要承担着对IGBT的输入电容Cies进快速大电流的充放电操作。

电源由正电源VCC以及负电源VEE所组成，需要注意对此两电源需进行多级电源滤波，保证系统的电源完整性。

压控流功率管主要由IGBT组成，电容Cies为IGBT的等效输入电容，其可等效为并联在IGBT栅射极两端，当驱动泄放模块输出驱动电流将其电压充至VCC时IGBT完全导通。相反，当驱动泄放模块输出泄放电流将其电压泄放至0时IGBT完全关断。

如图3所示，该为驱动泄放通路模块的驱动电流通路。设Cies初态未储存电荷，当PWM为高电平时，Q2处于放大状态，将Q1基极电位拉低，使Q1导通处于放大状态，电流通路为VCC—Q1—R1—Q2—R2—VEE，VCC—Q1—R3—VEE。Q3处于饱和导通状态，驱动电流对Cies进行充电，充至其两端电压约为VCC，IGBT完全开通完成，电流通路为VCC—Q3—Cies。

如图4所示，该为驱动泄放通路的泄放电流通路。当PWM为低电平时，Q4导通，Cies泄放电流通路为：Cies—Q4—R3—VEE，Cies—Q4—R4—VEE，Cies—Q4—C1—D1—Q5—VEE，Cies—Q4—C1—D2—Q5—VEE，Cies—Q4—R5—D2—Q5—VEE。其中RC网络用以调节Q5的导通时间，C1、R5的值越小Q5导通时间越小，避免Q3、Q5同时导通引起电源直通的危害。由于前级放大电路中三极管主要在放大状态，其退饱和所耗时间短，并且驱动泄放通路中采用NPN型三极管Q5作为泄放通路，避免了使用PNP型三极管本身存在的退饱和时间长的物理缺陷，更进一步的加快了Cies电流的泄放通路，有利于IGBT的快速关断。

上面结合附图对本实用新型的具体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作出各种变化。

Claims

1.一种压控流型功率管驱动电路，其特征在于：包括前级放大电路、功率放大电路、电源及RC网络；其中电源用于供电，前级放大电路接入PWM信号，功率放大电路与前级放大电路、RC网络、压控流功率管连接，RC网络与压控流功率管连接。

2.根据权利要求1所述的压控流型功率管驱动电路，其特征在于：所述前级放大电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2；其中三极管Q1的发射极连接正电源VCC，三极管Q1的集电极与功率放大电路连接，三极管Q1的基极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接PWM信号，三极管Q2的发射极连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接负电源VEE。

3.根据权利要求1所述的压控流型功率管驱动电路，其特征在于：所述功率放大电路由三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电阻R3及电阻R4组成；其中三极管Q3的基极、三极管Q4的基极、电阻R3的一端与前级放大电路连接，电阻R3另一端连接负电源VEE，三极管Q3的集电极连接正电源VCC，三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极、三极管Q5的集电极共同连着压控流功率管、RC网络中的二极管D1；三极管Q4的集电极连接电阻R4一端、RC网络中电容C1一端、RC网络中电阻R5一端，电阻R4另一端连接负电源VEE，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极接RC网络中二极管D2，三极管Q5的发射极接负电源VEE。

4.根据权利要求1所述的压控流型功率管驱动电路，其特征在于：所述RC网络由电容C1、电阻R5、二极管D1和二极管D2组成；其中电容C1的一端、电阻R5一端共同连接功率放大电路中三极管Q4的集电极、功率放大电路中电阻R4一端，电容C1的另一端连接二极管D1的阳极，电阻R5与电容C1并联，方向相同的二极管D1与二极管D2并联，二极管D2阴极接功率放大电路中三极管Q5的基极，二极管D1的阴极接功率放大电路中三极管Q3的发射极、功率放大电路中三极管Q4的发射极、三极管Q5的集电级、压控流功率管。