CN213661496U - 一种直流变频电机的下桥臂驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流变频电机的下桥臂驱动电路,包括第一级三极管模块、第二级三极管模块、第三级三极管模块和驱动模块，所述第一级三极管模块、第二级三极管模块和第三级三极管模块依次连接且均连接电源和接地，控制端电压使所述第一级三极管模块和第二级三极管模块导通或截止，使所述第三级三极管模块缓慢输出高电平或快速输出低电平，进而使驱动模块缓慢打开或快速关闭。本实用新型的直流变频电机的下桥臂驱动电路，通过分立器件代替大规模集成电路，适合低成本电机控制应用；以三极管级联方式搭建电路，器件性能稳定，电路可靠性高，实现直流变频电机驱动电路下管IGBT慢开通、快关断的效果。

Description

一种直流变频电机的下桥臂驱动电路

技术领域

本实用新型属于直流变频技术领域，具体涉及一种直流变频电机的下桥臂驱动电路。

背景技术

直流变频电机的驱动电路为桥式电路，分为上桥臂和下桥臂。各桥臂的主驱动器件为功率器件IGBT，IGBT连接输入电压和电机绕组，起到控制电压输入到电机的开关作用。

然而，驱动IGBT产生开关动作的电路目前普遍采用集成的预驱芯片，即一个芯片集成多路驱动电路来分别驱动多个IGBT以达到电机控制目的。预驱芯片价格取决于需要驱动的IGBT数目，一般三相电机(每相需要2个IGBT)应用中至少需要6个IGBT，致使预驱芯片成本在电机控制板成本占比较高。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种直流变频电机的下桥臂驱动电路，适合低成本电机控制应用，器件性能稳定，电路可靠性高。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种直流变频电机的下桥臂驱动电路，包括第一级三极管模块、第二级三极管模块、第三级三极管模块和驱动模块，所述第一级三极管模块、第二级三极管模块和第三级三极管模块依次连接且均连接电源和接地，控制端电压使所述第一级三极管模块和第二级三极管模块导通或截止，使所述第三级三极管模块缓慢输出高电平或快速输出低电平，进而使驱动模块缓慢打开或快速关闭。

优选地，所述第一级三极管模块包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极连接控制端电压和第一电阻R1的一端，所述第一三极管Q1的集电极串联第二电阻R2后连接电源，所述第一三极管Q1的发射极和第一电阻R1的另一端接地。

优选地，所述第二级三极管模块包括第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极连接所述第一三极管Q1的集电极，所述第二三极管Q2的集电极串联第三电阻R3后连接电源，所述第二三极管Q2的发射极接地。

优选地，所述第三级三极管模块包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3的基极和第四三极管Q4的基极均连接所述第二三极管Q2的集电极，所述第三三极管Q3的集电极连接电源，所述第三三极管Q3的发射极连接所述第四三极管Q4的发射极，所述第四三极管Q4的基极串联第四电阻R4后接地，所述第四三极管Q4的集电极接地。

优选地，所述驱动模块包括第四IGBT管M4，所述第四IGBT管M4的门级并联第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和电容C的一端，所述第五电阻R5的另一端连接所述第四三极管Q4的的发射极和所述第三三极管Q3的发射极，所述第六电阻R6的另一端、所述电容C的另一端和所述第四IGBT管M4的发射极均接地。

优选地，还包括用于驱动直流变频电机的电机驱动模块，所述电机驱动模块连接所述驱动模块。

优选地，所述电机驱动模块包括桥臂U、桥臂V、桥臂W和电机，所述桥臂U包括第一IGBT管M1，所述桥臂V包括第二IGBT管M2和第五IGBT管M5，所述桥臂W包括第三IGBT管M3和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1和第四IGBT管M4并联后连接电机的U相，所述第二IGBT管M2和第五IGBT管M5并联后连接电机的V相，第三IGBT管M3和第六IGBT管M6并联后连接电机的W相。

优选地，所述电机驱动模块进一步还包括第一IGBT管M1、第二IGBT管M2、第三IGBT管M3、第五IGBT管M5和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1的集电极、第二IGBT管M2的集电极和第三IGBT管M3的集电极均接高压电源，所述高压电源并联第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3后均接地，所述第一IGBT管M1的发射极连接所述第四IGBT管M4的集电极和电机的U相，所述第二IGBT管M2的发射极连接所述第五IGBT管M5的集电极和电机的V相，所述第三IGBT管M3的发射极连接所述第六IGBT管M6的集电极和电机的W相，所述第四IGBT管M4的发射极、第五IGBT管M5的发射极和第六IGBT管M6的发射极均接地。

优选地，所述第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3均为NPN三极管。

优选地，所述第四三极管Q4为PNP三极管。

与现有技术相比，本实用新型的直流变频电机的下桥臂驱动电路，通过分立器件代替大规模集成电路，适合低成本电机控制应用；以三极管级联方式搭建电路，器件性能稳定，电路可靠性高，实现直流变频电机驱动电路下管IGBT慢开通、快关断的效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种直流变频电机的下桥臂驱动电路的电路图；

图2是本实用新型实施例提供的一种直流变频电机的下桥臂驱动电路的电机驱动模块的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的一种直流变频电机的下桥臂驱动电路的MCU输出高电平的等效电路；

图4是本实用新型实施例提供的一种直流变频电机的下桥臂驱动电路的MCU输出低电平的等效电路。

附图标记说明

1-第一级三极管模块，2-第二级三极管模块，3-第三级三极管模块，4-驱动模块，5-电机驱动模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

本实用新型实施例提供一种直流变频电机的下桥臂驱动电路，如图1所示，包括第一级三极管模块1、第二级三极管模块2、第三级三极管模块3和驱动模块4，所述第一级三极管模块1、第二级三极管模块2和第三级三极管模块3依次连接且均连接电源和接地，控制端电压使所述第一级三极管模块1和第二级三极管模块2导通或截止，使所述第三级三极管模块3缓慢输出高电平或快速输出低电平，进而使驱动模块4缓慢打开或快速关闭。

这样，控制端电压输出高电压或低电压，通过控制端电压使所述第一级三极管模块1和第二级三极管模块2导通或截止，使所述第三级三极管模块3缓慢输出高电平或快速输出低电平，进而使驱动模块4缓慢打开或快速关闭，适合低成本电机控制应用；以三极管级联方式搭建电路，器件性能稳定，电路可靠性高，实现直流变频电机驱动电路下管IGBT慢开通快关断的效果。

其中，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。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

所述第一级三极管模块1包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极连接控制端电压和第一电阻R1的一端，所述第一三极管Q1的集电极串联第二电阻R2后连接电源，所述第一三极管Q1的发射极和第一电阻R1的另一端接地，其中，所述第一三极管Q1为NPN三极管。

这样，通过控制端电压控制第一三极管Q1的导通和截止，进而结合电源(12V)控制第二级三极管模块2的导通和截止。

所述第二级三极管模块2包括第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极连接所述第一三极管Q1的集电极，所述第二三极管Q2的集电极串联第三电阻R3后连接电源，所述第二三极管Q2的发射极接地，其中，所述第二三极管Q2为NPN三极管。

这样，通过第二三极管Q2的导通和截止，进而结合电源(12V)控制第三级三极管模块3和驱动模块4缓慢打开或快速关闭。

所述第三级三极管模块3包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3的基极和第四三极管Q4的基极均连接所述第二三极管Q2的集电极，所述第三三极管Q3的集电极连接电源，所述第三三极管Q3的发射极连接所述第四三极管Q4的发射极，所述第四三极管Q4的基极串联第四电阻R4后接地，所述第四三极管Q4的集电极接地。其中，所述第三三极管Q3为NPN三极管，所述第四三极管Q4为PNP三极管。

这样，通过第三三极管Q3的缓慢打开和第四三极管Q4的快速关闭，从而使驱动模块4缓慢打开或快速关闭。

所述驱动模块4包括第四IGBT管M4，所述第四IGBT管M4的门级并联第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和电容C的一端，所述第五电阻R5的另一端连接所述第四三极管Q4的的发射极和所述第三三极管Q3的发射极，所述第六电阻R6的另一端、所述电容C的另一端和所述第四IGBT管M4的发射极均接地。

这样，通过驱动模块4接收第三级三极管模块3的缓慢打开信号和快速关闭信号，从而使驱动模块4缓慢打开或快速关闭。

如图2所示，还包括用于驱动直流变频电机的电机驱动模块5，所述电机驱动模块5连接所述驱动模块4。

这样，通过驱动模块4即可驱动电机驱动模块5，进而使直流变频电机正常运转。

所述电机驱动模块5包括桥臂U、桥臂V、桥臂W和电机，所述桥臂U包括第一IGBT管M1，所述桥臂V包括第二IGBT管M2和第五IGBT管M5，所述桥臂W包括第三IGBT管M3和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1和第四IGBT管M4并联后连接电机的U相，所述第二IGBT管M2和第五IGBT管M5并联后连接电机的V相，第三IGBT管M3和第六IGBT管M6并联后连接电机的W相。

所述电机驱动模块5进一步还包括第一IGBT管M1、第二IGBT管M2、第三IGBT管M3、第五IGBT管M5和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1的集电极、第二IGBT管M2的集电极和第三IGBT管M3的集电极均接高压电源，所述高压电源并联第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3后均接地，所述第一IGBT管M1的发射极连接所述第四IGBT管M4的集电极和电机的U相，所述第二IGBT管M2的发射极连接所述第五IGBT管M5的集电极和电机的V相，所述第三IGBT管M3的发射极连接所述第六IGBT管M6的集电极和电机的W相，所述第四IGBT管M4的发射极、第五IGBT管M5的发射极和第六IGBT管M6的发射极均接地。

这样，三相直流变频电机的U、V、W相分别由桥臂U、V、W控制，每个桥臂分为上下两个桥臂，分别以IGBT(M1～M6)作为功率开关器件。图示为U相接通高电压24V，W相接通地端时的电流方向。

a、上桥臂IGBT开通则对应的相接通高电压24V，上桥臂IGBT关闭则对应的相断开高电压24V；

b、下桥臂IGBT开通则对应的相接通地端，上桥臂IGBT关闭则对应的相断开地端；

c、控制IGBT开关时，严禁同一桥臂的上下桥臂IGBT同时接通，否则造成+24V和地端短路。

本实用新型的直流变频电机的下桥臂驱动电路，采用NPN三极管和PNP三极管级联电路实现控制IGBT通断。当IGBT的U_L_OUT端为高电平12V时则IGBT开通，当IGBT的U_L_OUT端为低电平时则IGBT关断。

以U相下桥臂说明本实用新型的工作原理，实现：MCU控制端输出0～3.3V电平，通过三极管级联电路(本实用新型的直流变频电机的下桥臂驱动电路)转换为0～12V电平，驱动IGBT开通(12V)或关闭(0V)。具体为：

a、当U_L_IN＝3.3V时，NPN三极管Q1的C和E导通，NPN三极管Q2的B为低电平故C和E截止，NPN三极管Q3的B为高电平12V，故C和E导通，而PNP三极管Q4的B为高电平12V故C和E截止，所以IGBT(M4)接通12V，即电机的U相接通地端(GND)。

等效电路如图3所示，箭头为12V到地端的电流方向，其中12V→R3→R4→GND回路电流I1＝12V/(10K+100K)＝0.1mA，电流较小，Q3的B端达到高电平的时间较长，C和E由截止到导通时间较长，从而M4由关断到开通的时间也较长。

b、当U_L_IN＝0V时，NPN三极管Q1的C和E截止，NPN三极管Q2的B为高电平12V故C和E导通，NPN三极管Q3的B为低电平故C和E截止，而PNP三极管Q4的B为低电平故C和E导通，所以IGBT(M4)与地端(GND)断开，即电机的U相与地端(GND)断开。

等效电路如图4所示，因IGBT(M4)器件内部有电容(等效电容如C所示)，故此时IGBT(M4)处于放电状态，放电方向如箭头所示，其中12V→R3→Q2→GND回路，当Q2的C和E一旦导通，Q4的B迅速接通地端(GND)，C和E迅速导通使得M4迅速接通地端(GND)，故M4由开通到关断的时间也极短。

c、本实用新型电路中，由于M4由关断到开通的时间较长，由开通到关断的时间极短，故可实现：待上桥臂IGBT(M1)完全关断后，下桥臂IGBT(M4)才完全打开；在上桥臂IGBT(M1)完全开通之前，下桥臂IGBT(M4)已完全关断。从而可避免上下桥臂同时开通导致系统短路故障。

本实用新型的直流变频电机的下桥臂驱动电路，通过分立器件代替大规模集成电路，适合低成本电机控制应用；以三极管级联方式搭建电路，器件性能稳定，电路可靠性高，实现直流变频电机驱动电路下管IGBT慢开通快关断的效果。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，包括第一级三极管模块(1)、第二级三极管模块(2)、第三级三极管模块(3)和驱动模块(4)，所述第一级三极管模块(1)、第二级三极管模块(2)和第三级三极管模块(3)依次连接且均连接电源和接地，控制端电压使所述第一级三极管模块(1)和第二级三极管模块(2)导通或截止，使所述第三级三极管模块(3)缓慢输出高电平或快速输出低电平，进而使驱动模块(4)缓慢打开或快速关闭。

2.根据权利要求1所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述第一级三极管模块(1)包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极连接控制端电压和第一电阻R1的一端，所述第一三极管Q1的集电极串联第二电阻R2后连接电源，所述第一三极管Q1的发射极和第一电阻R1的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述第二级三极管模块(2)包括第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极连接所述第一三极管Q1的集电极，所述第二三极管Q2的集电极串联第三电阻R3后连接电源，所述第二三极管Q2的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述第三级三极管模块(3)包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3的基极和第四三极管Q4的基极均连接所述第二三极管Q2的集电极，所述第三三极管Q3的集电极连接电源，所述第三三极管Q3的发射极连接所述第四三极管Q4的发射极，所述第四三极管Q4的基极串联第四电阻R4后接地，所述第四三极管Q4的集电极接地。

5.根据权利要求4所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述驱动模块(4)包括第四IGBT管M4，所述第四IGBT管M4的门级并联第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和电容C的一端，所述第五电阻R5的另一端连接所述第四三极管Q4的发射极和所述第三三极管Q3的发射极，所述第六电阻R6的另一端、所述电容C的另一端和所述第四IGBT管M4的发射极均接地。

6.根据权利要求5所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，还包括用于驱动直流变频电机的电机驱动模块(5)，所述电机驱动模块(5)连接所述驱动模块(4)。

7.根据权利要求6所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述电机驱动模块(5)包括桥臂U、桥臂V、桥臂W和电机，所述桥臂U包括第一IGBT管M1，所述桥臂V包括第二IGBT管M2和第五IGBT管M5，所述桥臂W包括第三IGBT管M3和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1和所述第四IGBT管M4并联后连接电机的U相，所述第二IGBT管M2和第五IGBT管M5并联后连接电机的V相，第三IGBT管M3和第六IGBT管M6并联后连接电机的W相。

8.根据权利要求7所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述电机驱动模块(5)进一步还包括第一IGBT管M1、第二IGBT管M2、第三IGBT管M3、第五IGBT管M5和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1的集电极、第二IGBT管M2的集电极和第三IGBT管M3的集电极均接高压电源，所述高压电源并联第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3后均接地，所述第一IGBT管M1的发射极连接所述第四IGBT管M4的集电极和电机的U相，所述第二IGBT管M2的发射极连接所述第五IGBT管M5的集电极和电机的V相，所述第三IGBT管M3的发射极连接所述第六IGBT管M6的集电极和电机的W相，所述第四IGBT管M4的发射极、第五IGBT管M5的发射极和第六IGBT管M6的发射极均接地。

9.根据权利要求8所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3均为NPN三极管。

10.根据权利要求9所述的直流变频电机的下桥臂驱动电路，其特征在于，所述第四三极管Q4为PNP三极管。

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