CN213661497U - 一种变频电机igbt的负压驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频电机IGBT的负压驱动电路,包括三极管级联模块和负压驱动模块，所述三极管级联模块电连接负压驱动模块，控制端电压使所述三极管级联模块导通或截止，进而使负压驱动模块开通或快速关断。本实用新型的变频电机IGBT的负压驱动电路，通过分立器件搭建的负压驱动电路加快IGBT关断时间，成本低，改善效果明显，同时不增加MCU控制信号，其控制信号与原有的电机驱动电路控制信号复用，节约MCU资源。

Description

一种变频电机IGBT的负压驱动电路

技术领域

本实用新型属于直流变频技术领域，具体涉及一种变频电机IGBT的负压驱动电路。

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。

但是，IGBT内部有结电容，在关断过程中，结电容缓慢放电直至完全放电完毕后，IGBT才会完全关断，而电机驱动电路上下桥臂的IGBT是禁止同时处于开通状态的，否则会造成电源和地短路，所以驱动电路设计要求IGBT 关断动作的时间尽量少，才能保证系统不会产生短路故障，目前对于如何加快IGBT的关断时间，尚未有完善的解决方案。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种变频电机IGBT的负压驱动电路，加快IGBT关断时间，成本低，改善效果明显。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种变频电机IGBT的负压驱动电路，包括三极管级联模块和负压驱动模块，所述三极管级联模块电连接负压驱动模块，控制端电压使所述三极管级联模块导通或截止，进而使负压驱动模块开通或快速关断。

优选地，所述三极管级联模块包括第一三极管模块、第二三极管模块、第三三极管模块和第四三极管模块，所述第一三极管模块依次连接第二三极管模块、第三三极管模块和第四三极管模块。

优选地，所述第一三极管模块包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1的基极并联第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接控制端电压，所述第二三极管Q2的基极连接第三电阻R3的一端和所述第一三极管Q1的集电极，所述第二三极管Q2的发射极和所述第三电阻R3的另一端均连接电源，所述第二三极管Q2的发射极和所述第二电阻R2的另一端接地。

优选地，所述第二三极管模块包括第五三极管Q5和第七三极管Q7，所述第五三极管Q5的基极并联第四电阻R4的一端和第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第五三极管Q5的发射极，所述第四电阻 R4的另一端连接所述第二三极管Q2的集电极和第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端并联第七三极管Q7的基极和第十电阻R10的一端，所述第七三极管Q7的集电极串联第十一电阻R11后接电源，所述第十电阻 R10的另一端和所述第七三极管Q7的发射极接地。

优选地，所述第三三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的基极并联所述第四三极管Q4的基极、所述第五三极管 Q5的集电极和第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端和所述第三三极管Q3的集电极接电源，所述第四三极管Q4的集电极连接所述第五三极管Q5的发射极，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。

优选地，所述第四三极管模块包括第六三极管Q6，所述第六三极管Q6 的基极并联第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端，所述第八电阻R8的另一端连接所述第三三极管Q3的发射极和所述第四三极管Q4的发射极，所述第六三极管Q6的集电极串联第一电容C1后连接所述第七三极管Q7的集电极，所述第六三极管Q6的发射极和所述第九电阻R9的另一端接地。

优选地，所述负压驱动模块包括第四IGBT管M4，所述第四IGBT管 M4的门极并联电容C的一端，第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端，所述第十二电阻R12的另一端连接所述第四三极管Q4的发射极和所述所述第三三极管Q3的发射极，所述第十三电阻R13的另一端、电容C的另一端和所述第四IGBT管M4发射极接地。

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负压驱动模块。

优选地，所述电机驱动模块包括第一IGBT管M1、第二IGBT管M2、第三IGBT管M3、第四IGBT管M4、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、第三三极管Q3、第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7均为NPN三极管，所述第二三极管Q2和第四三极管Q4均为PNP三极管。

与现有技术相比，本实用新型的变频电机IGBT的负压驱动电路，通过分立器件搭建的负压驱动电路加快IGBT关断时间，成本低，改善效果明显，同时不增加MCU控制信号，其控制信号与原有的电机驱动电路控制信号复用，节约MCU资源。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种变频电机IGBT的负压驱动电路的电路图；

图2是本实用新型实施例提供的一种变频电机IGBT的负压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变频电机IGBT的负压驱动电路的负压驱动电路的原理图；

图4是本实用新型实施例提供的一种变频电机IGBT的负压驱动电路的负压驱动电路的实现方式；

图5是本实用新型实施例提供的一种变频电机IGBT的负压驱动电路的 IGBT开通时的等效电路。

图6是本实用新型实施例提供的一种变频电机IGBT的负压驱动电路的 IGBT关断时的等效电路。

附图标记说明

1-三极管级联模块，11-第一三极管模块，12-第二三极管模块，13-第三三极管模块，14-第四三极管模块，2-负压驱动模块，3-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变频电机IGBT的负压驱动电路，如图1所示，包括三极管级联模块1和负压驱动模块2，所述三极管级联模块1电连接负压驱动模块2，控制端电压使所述三极管级联模块1导通或截止，进而使负压驱动模块2开通或快速关断。

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三极管级联模块1导通或截止，进而使负压驱动模块2开通或快速关断，加快IGBT 关断时间，成本低，改善效果明显，同时不增加MCU控制信号，其控制信号与原有的电机驱动电路控制信号复用，节约MCU资源。

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。

所述三极管级联模块1包括第一三极管模块11、第二三极管模块12、第三三极管模块13和第四三极管模块14，所述第一三极管模块11依次连接第二三极管模块12、第三三极管模块13和第四三极管模块14。

这样，通过第一三极管模块11依次连接第二三极管模块12、第三三极管模块13和第四三极管模块14输出高、低电平，进而使负压驱动模块2开通或快速关断。

所述第一三极管模块11包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1的基极并联第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接控制端电压，所述第二三极管Q2的基极连接第三电阻R3的一端和所述第一三极管Q1的集电极，所述第二三极管Q2的发射极和所述第三电阻R3的另一端均连接电源，所述第二三极管Q2的发射极和所述第二电阻R2的另一端接地，其中，所述第一三极管Q1为NPN三极管，所述第二三极管Q2为PNP三极管。

这样，通过控制端电压的高、低电压使第一三极管Q1和第二三极管Q2 导通或截止。

所述第二三极管模块12包括第五三极管Q5和第七三极管Q7，所述第五三极管Q5的基极并联第四电阻R4的一端和第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第五三极管Q5的发射极，所述第四电阻R4的另一端连接所述第二三极管Q2的集电极和第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端并联第七三极管Q7的基极和第十电阻R10的一端，所述第七三极管Q7的集电极串联第十一电阻R11后接电源，所述第十电阻R10 的另一端和所述第七三极管Q7的发射极接地，其中，所述第五三极管Q5 和第七三极管Q7均为NPN三极管。

这样，通过第一三极管模块11的导通或截止使第五三极管Q5和第七三极管Q7导通或截止。

所述第三三极管模块13包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3的基极并联所述第四三极管Q4的基极、所述第五三极管Q5的集电极和第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端和所述第三三极管Q3的集电极接电源，所述第四三极管Q4的集电极连接所述第五三极管 Q5的发射极，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，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，通过第二三极管模块12的导通或截止使第三三极管Q3和第四三极管Q4导通或截止。

所述第四三极管模块14包括第六三极管Q6，所述第六三极管Q6的基极并联第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端，所述第八电阻R8的另一端连接所述第三三极管Q3的发射极和所述第四三极管Q4的发射极，所述第六三极管Q6的集电极串联第一电容C1后连接所述第七三极管Q7的集电极，所述第六三极管Q6的发射极和所述第九电阻R9的另一端接地，其中所述第六三极管Q6为NPN三极管。

这样，通过第三三极管模块13的导通或截止使第六三极管Q6导通或截止。

所述负压驱动模块2包括第四IGBT管M4，所述第四IGBT管M4的门极并联电容C的一端，第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端，所述第十二电阻R12的另一端连接所述第四三极管Q4的发射极和所述所述第三三极管Q3的发射极，所述第十三电阻R13的另一端、电容C的另一端和所述第四IGBT管M4发射极接地。

这样，通过三极管级联模块1的导通或截止，使第四IGBT管M4的开通或快速关断。

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3，所述电机驱动模块3连接所述负压驱动模块2。

这样，通过负压驱动模块2即可驱动电机驱动模块3，进而使直流变频电机正常运转。

所述电机驱动模块3包括第一IGBT管M1、第二IGBT管M2、第三IGBT 管M3、第四IGBT管M4、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，下桥臂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。

本实用新型的变频电机IGBT的负压驱动电路，采用NPN三极管和PNP 三极管为主要器件搭建负压驱动电路。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。

如图3所示，为负压驱动电路的工作原理：

a、IGBT因内部有结电容C，当开通时结电容C被充满电，当关断时，结电容C对电阻R10放电，直到结电容C完全放完电IGBT才完全关断。

b、IGBT的控制端电压波形出现拖尾现象，初段放电较快，端电压下降迅速，中后段放电慢，端电压缓慢下降接近0V时，IGBT才完全关断，耗时长。要解决的问题是当IGBT端电压下降到5V(即e点)时，IGBT就需要关断。

c、负电压驱动电路在原回路中加入电容C1，当IGBT开通时，C1被充电至12V，当IGBT关断时，C1的高电压端接于地端(GND)，C1的低电压端便形成负电压-12V。

d、因为结电容C处于中间点，所以结电容C的电压值为IGBT电压值的一半(即-12V的一半)，同时又因为电路中的其他负载，所以相当于将原来拖尾曲线的下限0V转换成约为-5V，当IGBT端电压下降至e点时(即达到0V)，IGBT便完全关断，关断耗时大大减少。

如图4所示，为负压驱动电路实现方式：

a、储存能量：当IGBT开通时，C1被充电至12V。

b、能量输出：当IGBT关断时，C1被反向接入回路，形成压差为12V 的负电压。

c、为MCU控制电机的方波信号，假设当MCU输出低电平，IGBT开通，电容C1的负端接地，电容C1被充电至12V；当MCU输出高电平，IGBT 关断，电容C1的正端接地负端形成-12V电压，并开始放电；依次循环。

本实用新型的变频电机IGBT的负压驱动电路，U_L_IN为MCU输出的控制信号，幅值0～3.3V，U_L_OUT为驱动IGBT的控制信号，幅值0～12V。

如图5所示，a、当U_L_IN＝0V，NPN三极管Q1的B为低电平Q1截止，PNP三极管Q2的B为高电平Q2截止，NPN三极管Q5的B为低电平 Q5截止，NPN三极管Q7的B为低电平Q7截止，NPN三极管Q3的B为高电平Q3导通，PNP三极管Q4的B为高电平Q4截止，NPN三极管Q6 的B为高电平Q6导通，M4的控制端U_L_OUT为高电平M4开通，所以等效电路如图5所示。箭头方向为电流方向，此时电容C1的负端接地，电容C1被充电至12V。

如图6所示，b、当U_L_IN＝3.3V，NPN三极管Q1的B为高电平Q1 导通，PNP三极管Q2的B为低电平Q2导通，NPN三极管Q5的B为高电平Q5导通，NPN三极管Q7的B为高电平Q7导通，NPN三极管Q3的B 为低电平Q3截止，PNP三极管Q4的B为低电平Q4导通，NPN三极管Q6 的B为低电平Q6截止，所以等效电路如图6所示。箭头方向为电流方向，此时电容C1的正端接地负端形成-12V电压，并开始放电，M4的控制端 U_L_OUT电压快速下降至0V，此时IGBT完全关断，之后随着放电缓慢拖尾，U_L_OUT电压缓慢下降至-5V。

c、随着MCU控制U_L_IN方波周而复始，上述a、b过程依次重复进行，实现电机控制过程只靠单个MCU信号实现IGBT快速关断的效果。

本实用新型的变频电机IGBT的负压驱动电路，通过分立器件搭建的负压驱动电路加快IGBT关断时间，成本低，改善效果明显，同时不增加MCU 控制信号，其控制信号与原有的电机驱动电路控制信号复用，节约MCU资源。

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)

1.一种变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，包括三极管级联模块(1)和负压驱动模块(2)，所述三极管级联模块(1)电连接负压驱动模块(2)，控制端电压使所述三极管级联模块(1)导通或截止，进而使负压驱动模块(2)开通或快速关断。

2.根据权利要求1所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述三极管级联模块(1)包括第一三极管模块(11)、第二三极管模块(12)、第三三极管模块(13)和第四三极管模块(14)，所述第一三极管模块(11)依次连接第二三极管模块(12)、第三三极管模块(13)和第四三极管模块(14)。

3.根据权利要求2所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述第一三极管模块(11)包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1的基极并联第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接控制端电压，所述第二三极管Q2的基极连接第三电阻R3的一端和所述第一三极管Q1的集电极，所述第二三极管Q2的发射极和所述第三电阻R3的另一端均连接电源，所述第二三极管Q2的发射极和所述第二电阻R2的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述第二三极管模块(12)包括第五三极管Q5和第七三极管Q7，所述第五三极管Q5的基极并联第四电阻R4的一端和第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第五三极管Q5的发射极，所述第四电阻R4的另一端连接所述第二三极管Q2的集电极和第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端并联第七三极管Q7的基极和第十电阻R10的一端，所述第七三极管Q7的集电极串联第十一电阻R11后接电源，所述第十电阻R10的另一端和所述第七三极管Q7的发射极接地。

5.根据权利要求4所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述第三三极管模块(13)包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3的基极并联所述第四三极管Q4的基极、所述第五三极管Q5的集电极和第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端和所述第三三极管Q3的集电极接电源，所述第四三极管Q4的集电极连接所述第五三极管Q5的发射极，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。

6.根据权利要求5所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述第四三极管模块(14)包括第六三极管Q6，所述第六三极管Q6的基极并联第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端，所述第八电阻R8的另一端连接所述第三三极管Q3的发射极和所述第四三极管Q4的发射极，所述第六三极管Q6的集电极串联第一电容C1后连接所述第七三极管Q7的集电极，所述第六三极管Q6的发射极和所述第九电阻R9的另一端接地。

7.根据权利要求5或6所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述负压驱动模块(2)包括第四IGBT管M4，所述第四IGBT管M4的门极并联电容C的一端，第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端，所述第十二电阻R12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，所述第十三电阻R13的另一端、电容C的另一端和所述第四IGBT管M4发射极接地。

8.根据权利要求7所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，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(3)，所述电机驱动模块(3)连接所述负压驱动模块(2)。

9.根据权利要求8所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述电机驱动模块(3)包括第一IGBT管M1、第二IGBT管M2、第三IGBT管M3、第四IGBT管M4、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。

10.根据权利要求9所述的变频电机IGBT的负压驱动电路，其特征在于，所述第一三极管Q1、第三三极管Q3、第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7均为NPN三极管，所述第二三极管Q2和第四三极管Q4均为PNP三极管。

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