CN213846532U - 一种基于光耦隔离的mosfet/igbt驱动芯片双重保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，包括电源隔离变压模块、开关驱动单元、限流保护单元和NMOS管，电源隔离变压模块用于电压转换为开关驱动单元和限流保护单元供电，限流保护单元通过采样电阻进行电流采样，采样结果反馈给MCU模块，MCU模块根据采样结果控制NMOS管导通或截止；本实用新型电路结构简单，在为负载提供过饱和保护功能外，还可以有效实现限流保护功能，从而使基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片应用电路具有限流保护和过饱和保护双重保护功能，满足市场对中、小功率保护电路的应用需求。

Description

一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，属于开关驱动电路领域。

背景技术

随着半导体技术不断发展，电子开关器件逐渐取代传统的开关器件，成为各种开关类控制产品的首选，广泛应用于工业生产、车辆控制、日常生活等各个领域，但是电子开关器件在初步应用时，需要大量的电子元器件才能实现负载驱动与保护双功能，为了解决这一问题，一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT 驱动芯片应运而生；目前，市面上这种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT 驱动芯片主要应用于中、大功率电路，为负载提供过饱和保护功能，而对于一些中、小功率电路，除了需要为负载提供过饱和保护功能外，还需要提供限流保护功能，因此，需要设计一种限流保护和过饱和保护双重功能保护电路，从而满足市场对中、小功率保护电路的应用需求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，该方案电路结构简单，在为负载提供过饱和保护功能外，还可以有效实现限流保护功能，从而使基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片应用电路具有限流保护和过饱和保护双重保护功能，满足市场对中、小功率保护电路的应用需求。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，包括电源隔离变压模块U2、开关驱动单元、限流保护单元和NMOS管，所述电源隔离变压模块U2用于电压转换为开关驱动单元和限流保护单元供电，所述限流保护单元通过采样电阻进行电流采样，采样结果反馈给MCU模块，MCU模块根据采样结果控制NMOS管导通或截止；所述开关驱动单元包括集成驱动芯片U1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6和稳压管ZD2，所述集成驱动芯片U1的2脚连接电源正3.3V，所述电容C1连接在集成驱动芯片U1的2脚与地GND之间，所述电阻R1连接在集成驱动芯片U1的2脚与3脚之间，所述电阻R2连接在集成驱动芯片U1的2脚与6脚之间，且集成驱动芯片U1的6脚与7脚并联，所述电阻R5连接在集成驱动芯片U1的11脚与NMOS管的栅极之间，电阻R6和稳压管ZD2并联，并联后电阻R6和稳压管ZD2的一端与NMOS管的栅极连接，另一端与地GND_REF连接；集成驱动芯片U1的3脚FB_WW103端、8脚CON_WW103端分别与MCU模块连接，且集成驱动芯片U1的5脚和8脚并联连接；集成驱动芯片U1的13脚接供电电源，供电电源由电源隔离变压模块U2提供；集成驱动芯片U1的9脚、10脚、12脚及16脚接地GND_REF；集成驱动芯片U1的1脚和4脚接地GND；所述限流保护单元包括限流电阻R10、限流电阻R11、比较器U3、常闭型光耦N1、超快恢复二极管D1以及稳压管ZD1，所述限流电阻R10和限流电阻R11并联，并联后限流电阻R10和限流电阻R11的一端与NMOS管的源极连接并与比较器U3的3脚正端连接，另一端与地GND_REF连接并通过可恢复保险丝F1与负载电源输出正端连接，比较器U3的1脚负端与参考电压连接，比较器U3的4脚通过电阻R9与常闭型光耦N1的1脚连接，比较器U3的2脚与常闭型光耦N1的2脚连接并接地GND_REF，比较器U3的5脚接供电电源，供电电源由电源隔离变压模块U2提供；常闭型光耦N1的3脚通过超快恢复二极管D1和稳压管ZD1与NMOS管的漏极连接，常闭型光耦N1的4脚通过电阻R4与集成驱动芯片U1的14脚DESAT端连接；NMOS管的漏极与负载电源输入正端连接。

作为本实用新型的进一步优选，还包括电容C3和电阻R7，电容C3和电阻R7串联，串联后电容C3和电阻R7的一端与NMOS管的漏极连接，另一端与NMOS管的源极连接。

作为本实用新型的进一步优选，在负载电源输出端并联设置有压敏电阻RV1、电容C9和二极管D2。

作为本实用新型的进一步优选，所述参考电压由电源隔离变压模块U2输出电压经电阻R3、电压基准芯片U4之后再通过电阻R8和电阻R12分压提供。

作为本实用新型的进一步优选，集成驱动芯片U1的14脚DESAT端与地GND_REF之间连接有电容C2。

本实用新型的有益效果在于：本电路结构简单，对中小功率负载可以有效进行限流保护以及过饱和保护，稳定可靠，且本电路采用电源隔离变压模块和基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片进行隔离，NMOS管的击穿损坏不会影响MCU模块数字电路的正常工作；限流保护单元能够实时检测电路状态，当负载电路实际电流值超过设定值时，限流保护单元将检测结果反馈给MCU模块，由MCU模块进行处理，控制电子开关NMOS管的导通与截止，达到负载限流保护的功能；在系统正常上电启动时，限流保护单元包含常闭型开关器件，可以有效避免系统负载通电瞬间会出现误保护的现象；当限流保护单元失效后，采用光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动集成芯片能提供过饱和保护功能，有效保护负载，从而使基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片应用电路具有限流保护和过饱和保护双重保护功能，满足市场对中、小功率保护电路的应用需求。

附图说明

图1为本实用新型的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做具体的介绍。

如图1所示：本实施例是一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，包括电源隔离变压模块U2、开关驱动单元、限流保护单元和NMOS管，电源隔离变压模块U2用于电压转换为开关驱动单元和限流保护单元供电，限流保护单元通过采样电阻进行电流采样，采样结果反馈给MCU模块，MCU模块根据采样结果控制NMOS管导通或截止；开关驱动单元包括集成驱动芯片U1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6和稳压管ZD2，集成驱动芯片U1的2脚连接电源正3.3V，电容C1连接在集成驱动芯片U1的2脚与地GND之间，电阻R1连接在集成驱动芯片U1的2脚与3脚之间，电阻R2连接在集成驱动芯片U1的2脚与6脚之间，且集成驱动芯片U1的6脚与7脚并联，电阻R5连接在集成驱动芯片U1的11脚与NMOS管的栅极之间，电阻R6和稳压管ZD2并联，并联后电阻R6和稳压管ZD2的一端与NMOS管的栅极连接，另一端与地GND_REF连接；集成驱动芯片U1的3脚FB_WW103端、8脚CON_WW103端分别与MCU模块连接，且集成驱动芯片U1的5脚和8脚并联连接；集成驱动芯片U1的13脚接供电电源，供电电源由电源隔离变压模块U2提供；集成驱动芯片U1的9脚、10脚、12脚及16脚接地GND_REF；集成驱动芯片U1的1脚和4脚接地GND；限流保护单元包括限流电阻R10、限流电阻R11、比较器U3、常闭型光耦N1、超快恢复二极管D1以及稳压管ZD1，限流电阻R10和限流电阻R11并联，并联后限流电阻R10和限流电阻R11的一端与NMOS管的源极连接并与比较器U3的3脚正端连接，另一端与地GND_REF连接并通过可恢复保险丝F1与负载电源输出正端连接，比较器U3的1脚负端与参考电压连接，比较器U3的4脚通过电阻R9与常闭型光耦N1的1脚连接，比较器U3的2脚与常闭型光耦N1的2脚连接并接地GND_REF，比较器U3的5脚接供电电源，供电电源由电源隔离变压模块U2提供；常闭型光耦N1的3脚通过超快恢复二极管D1和稳压管ZD1与NMOS管的漏极连接，常闭型光耦N1的4脚通过电阻R4与集成驱动芯片U1的14脚DESAT端连接；NMOS管的漏极与负载电源输入正端连接。

本实施例还包括电容C3和电阻R7，电容C3和电阻R7串联，串联后电容C3和电阻R7的一端与NMOS管的漏极连接，另一端与NMOS管的源极连接；电容C3和电阻R7作为开关保护单元，在NMOS管导通与截止瞬间提供保护。

本实施例在负载电源输出端并联设置有压敏电阻RV1、电容C9和二极管D2；保险丝F1、压敏电阻RV1、电容C9和二极管D2作为保护器件，为负载提供保护。

本实施例中，参考电压由电源隔离变压模块U2输出电压经电阻R3、电压基准芯片U4之后再通过电阻R8和电阻R12分压提供；调整电阻R8和电阻R12的电阻值大小可以调整参考电压值，从而可以调整负载电路的限流保护值。

本实施例中，集成驱动芯片U1的14脚DESAT端与地GND_REF之间连接有电容C2。

本实施例中，电源隔离变压模块U2的型号是B2415S-1WR2，用于实现电压转换以及电源隔离的功能，为开关驱动单元供电，从而为NMOS管栅极与源极之间提供驱动电压；集成驱动芯片U1是光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动集成芯片，型号是ACPL-332J-500E；集成驱动芯片U1的3脚FB_WW103端、8脚CON_WW103端分别与MCU模块连接，其中CON_WW103端作为MCU模块信号输出端，控制NMOS管的导通与截止，FB_WW103端作为MCU模块信号输入端，检测负载电路工作状态最终反馈给MCU模块；限流保护单元中的限流电阻R10和限流电阻R11用于检测负载电路电流，将电流值转换为电压值后输入至比较器U3的3脚正端；限流电阻R10和限流电阻R11即是用于电流采样的采样电阻；在系统上电启动时，MCU模块通过集成驱动芯片U1的11脚输出高电平控制电子开关NMOS管导通，正常情况下限流电阻两端的电压值小于参考电压，比较器U3输出端输出低电平，常闭型光耦N1导通，集成驱动芯片U1的14脚DESAT端检测到的电压小于阈值6.5V，电路正常工作；一旦负载电路发生过流，限流电阻两端的电压值大于参考电压，比较器U3输出端输出高电平，常闭型光耦N1截止，集成驱动芯片U1的14脚DESAT端检测到的电压大于阈值6.5V, 集成驱动芯片U1的内部将立即通过软关断的方式对NMOS管提供保护，同时集成驱动芯片U1将负载电路过流结果反馈给MCU模块进行处理，由MCU模块发出关断指令对NMOS管提供保护，从而实现限流保护的功能；在正常情况下，常闭型光耦N1使得NMOS管在导通瞬间保证集成驱动芯片U1的14脚DESAT端检测到的电压小于阈值6.5V，有效避免限流保护单元中的开关器件常闭型光耦N1导通需要时间而导致的系统负载通电瞬间会出现误保护的现象。

本实用新型电路结构简单，对中小功率负载可以有效进行限流保护以及过饱和保护，稳定可靠，且本电路采用电源隔离变压模块和基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片进行隔离，NMOS管的击穿损坏不会影响MCU模块数字电路的正常工作；限流保护单元能够实时检测电路状态，当负载电路实际电流值超过设定值时，限流保护单元将检测结果反馈给MCU模块，由MCU模块进行处理，控制电子开关NMOS管的导通与截止，达到负载限流保护的功能；在系统正常上电启动时，限流保护单元包含常闭型开关器件，可以有效避免系统负载通电瞬间会出现误保护的现象；当限流保护单元失效后，采用光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动集成芯片能提供过饱和保护功能，有效保护负载，从而使基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片应用电路具有限流保护和过饱和保护双重保护功能，满足市场对中、小功率保护电路的应用需求。

以上所述仅是本实用新型专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，其特征在于：包括电源隔离变压模块U2、开关驱动单元、限流保护单元和NMOS管，所述电源隔离变压模块U2用于电压转换为开关驱动单元和限流保护单元供电，所述限流保护单元通过采样电阻进行电流采样，采样结果反馈给MCU模块，MCU模块根据采样结果控制NMOS管导通或截止；所述开关驱动单元包括集成驱动芯片U1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6和稳压管ZD2，所述集成驱动芯片U1的2脚连接电源正3.3V，所述电容C1连接在集成驱动芯片U1的2脚与地GND之间，所述电阻R1连接在集成驱动芯片U1的2脚与3脚之间，所述电阻R2连接在集成驱动芯片U1的2脚与6脚之间，且集成驱动芯片U1的6脚与7脚并联，所述电阻R5连接在集成驱动芯片U1的11脚与NMOS管的栅极之间，电阻R6和稳压管ZD2并联，并联后电阻R6和稳压管ZD2的一端与NMOS管的栅极连接，另一端与地GND_REF连接；集成驱动芯片U1的3脚FB_WW103端、8脚CON_WW103端分别与MCU模块连接，且集成驱动芯片U1的5脚和8脚并联连接；集成驱动芯片U1的13脚接供电电源，供电电源由电源隔离变压模块U2提供；集成驱动芯片U1的9脚、10脚、12脚及16脚接地GND_REF；集成驱动芯片U1的1脚和4脚接地GND；所述限流保护单元包括限流电阻R10、限流电阻R11、比较器U3、常闭型光耦N1、超快恢复二极管D1以及稳压管ZD1，所述限流电阻R10和限流电阻R11并联，并联后限流电阻R10和限流电阻R11的一端与NMOS管的源极连接并与比较器U3的3脚正端连接，另一端与地GND_REF连接并通过可恢复保险丝F1与负载电源输出正端连接，比较器U3的1脚负端与参考电压连接，比较器U3的4脚通过电阻R9与常闭型光耦N1的1脚连接，比较器U3的2脚与常闭型光耦N1的2脚连接并接地GND_REF，比较器U3的5脚接供电电源，供电电源由电源隔离变压模块U2提供；常闭型光耦N1的3脚通过超快恢复二极管D1和稳压管ZD1与NMOS管的漏极连接，常闭型光耦N1的4脚通过电阻R4与集成驱动芯片U1的14脚DESAT端连接；NMOS管的漏极与负载电源输入正端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，其特征在于，还包括电容C3和电阻R7，电容C3和电阻R7串联，串联后电容C3和电阻R7的一端与NMOS管的漏极连接，另一端与NMOS管的源极连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，其特征在于，在负载电源输出端并联设置有压敏电阻RV1、电容C9和二极管D2。

4.根据权利要求1所述的一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，其特征在于，所述参考电压由电源隔离变压模块U2输出电压经电阻R3、电压基准芯片U4之后再通过电阻R8和电阻R12分压提供。

5.根据权利要求1所述的一种基于光耦隔离的MOSFET/IGBT驱动芯片双重保护电路，其特征在于，集成驱动芯片U1的14脚DESAT端与地GND_REF之间连接有电容C2。

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