CN214591131U

CN214591131U - 一种基于比较器和三极管的驱动电路

Info

Publication number: CN214591131U
Application number: CN202120294930.8U
Authority: CN
Inventors: 孙路风; 余冠涛
Original assignee: Foshan Shunde H&t Electronic Science & Technology Co ltd
Current assignee: Foshan Shunde H&t Electronic Science & Technology Co ltd
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2031-02-02

Abstract

本实用新型公开了一种基于比较器和三极管的驱动电路，涉及不隔离驱动电路技术领域，包括单片机、比较器、三极管对管和开关器件，其中，所述单片机向所述比较器输出第一电平信号；所述比较器根据所述第一电平信号向所述三极管输出第二电平信号；所述三极管对管根据所述第二电平信号控制所述开关器件的导通截止；所述第一电平信号与所述第二电平信号至少包括高电平和低电平两种状态。本实用新型使用比较器和三极管对管实现对开关管IGBT/MOSFET驱动，比较器作为一级驱动，输入为MCU信号，三极管对管作为二级驱动，输入信号为比较器输出，输出信号用于驱动IGBT/MOSFET。

Description

一种基于比较器和三极管的驱动电路

技术领域

本实用新型涉及不隔离驱动电路技术领域，具体涉及一种基于比较器和三极管的驱动电路。

背景技术

在电源行业或变频行业，针对于IGBT或MOSFET，可分为隔离驱动和不隔离驱动，隔离驱动一般使用光耦进行光电隔离，应用于大功率场合，例如工业变频器，在10KW以内驱动一般采用不隔离驱动，不隔离驱动可以有效的降低成本，本专利主要针对不隔离驱动而言。

一般单片机MCU的供电电压为5V或者3.3V，所以PWM端口输出电压也为5V和3.3V，而且PWM输出驱动能力比较弱，IGBT或MOSFET驱动电压一般为15V，所以MCU的PWM输出端口，不可以直接驱动大电流的IGBT/MOSFET，所以必须经过转换电路，以保证IGBT/MOSFET工作于饱和区。常规做法是：MCU产生PWM输出，经过专用集成驱动IC，转换为15V输出电平驱动信号，对IGBT/MOSFET进行驱动控制，其驱动原理图如图1所示，G为开关器件IGBT/MOSFET，其发射极为e，门极为g，集电极为c，ZD1为稳压二极管，作用是吸收驱动信号门极g的浪涌电压，R6为驱动门极g的下拉电阻，R5为驱动限流电阻，R1为MCU驱动专用驱动IC的限流电阻，VCC1为15V电源，VCC2为MCU电源(一般为5V或3.3V)，VDC为开关管G的母线直流电源(对于高压电路一般为300V～600V)。

图1所示的驱动电路为常用的驱动电路，由于集成驱动IC是专用器件(例如IR4427)，对于控制器电路设计商来说，会面临驱动IC使用环境单一、容易受到供货限制、采购价格高昂等问题的困扰。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于比较器和三极管的驱动电路，避免使用专用集成驱动IC芯片，但仍然能保证驱动电路的驱动功能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种基于比较器和三极管的驱动电路，包括单片机、比较器、三极管对管和开关器件，

其中，

所述单片机向所述比较器输出第一电平信号；

所述比较器根据所述第一电平信号向所述三极管输出第二电平信号；

所述三极管对管根据所述第二电平信号控制所述开关器件的导通截止；

所述第一电平信号与所述第二电平信号至少包括高电平和低电平两种状态。

如上所述的基于比较器和三极管的驱动电路，进一步地，所述比较器包括比较器U1；所述三极管对管包括三极管T1、三极管T2，此外，还包括电阻R1和电阻R2，其中，

所述比较器U1的同相端输入端与所述单片机相连接，所述比较器U1的反相端输入端连接电源VCC2且所述比较器U1的反相端输入端与所述电源VCC2之间连接所述电阻R1，所述电阻R2的一端连接至所述电阻R1与所述比较器U1的反相端输入端之间，所述电阻R2的另一端与地耦接；

所述比较器U1的输出端连接至所述三极管T2的基极，所述三极管T1的基极与所述三极管T2的基极相连，所述三极管T1的发射极与所述三极管T2的发射极连接，并连接至所述开关器件的门极，以实现控制所述开关器件的导通截止；

所述单片机、所述比较器U1的地端分别与地耦接；所述三极管T1的集电极和所述比较器U1的电源端与电源VCC1耦接。

如上所述的基于比较器和三极管的驱动电路，进一步地，所述比较器U1的同相端输入与所述单片机相之间连接有电阻R0。

如上所述的基于比较器和三极管的驱动电路，进一步地，还包括电阻R3和电阻R4，其中，所述比较器U1的输出端与所述三极管T2的基极之间连接有所述电阻R4，所述电阻R3的一端连接至电阻R4与所述比较器U1的输出端之间，所述电阻R3的另一端与电源VCC1耦接。

如上所述的基于比较器和三极管的驱动电路，进一步地，还包括电阻R5、电阻R6和稳压二极管ZD1，其中，所述电阻R5的一端连接至所述三极管T1的发射极与所述三极管T2的发射极连接处，所述电阻R5的另一端连接至所述开关器件的门极；所述稳压二极管ZD1的阴极连接至所述开关器件的门极，所述稳压二极管ZD1的阳极连接至所述开关器件的发射极；所述电阻R6的一端连接至所述开关器件的门极，所述电阻R6的另一端连接至所述开关器件的发射极。

如上所述的基于比较器和三极管的驱动电路，进一步地，所述开关器件的集电极与电源VDC耦接。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：本实用新型使用比较器和三极管对管实现对开关管IGBT/MOSFET驱动，比较器作为一级驱动，输入为MCU信号，三极管对管作为二级驱动，输入信号为比较器输出，输出信号用于驱动IGBT/MOSFET。此外，MCU的输出高低电平判断的基准电压即比较器的基准电压可以通过电阻分压调节。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术的专用驱动IC的IGBT/MOSFET驱动电路的电路图；

图2为本实施例的基于比较器和三极管组合型的IGBT/MOSFET驱动电路的电路图；

图3为开关管IGBT/MOSFET导通时门极驱动电流的原理图；

图4为开关管IGBT/MOSFET关闭时门极电流的原理图；

图5为基于比较器和三极管组合型的IGBT驱动应用电路仿真；

图6开关管IGBT门极驱动信号Vbe和Vce电压波形仿真；

图7在变频空调PFC的IGBT驱动实际应用电路；

图8开关管IGBT导通时门极驱动电压信号实测波形；

图9开关管IGBT关闭时门极电压信号实测波形。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例：

需要说明的是，本实用新型实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1至图9，图1为背景技术的专用驱动IC的IGBT/MOSFET驱动电路的电路图；图2为本实施例的基于比较器和三极管组合型的IGBT/MOSFET驱动电路的电路图；图3为开关管IGBT/MOSFET导通时门极驱动电流的原理图；图4为开关管IGBT/MOSFET关闭时门极电流的原理图；图5为基于比较器和三极管组合型的IGBT驱动应用电路仿真；图6开关管IGBT门极驱动信号Vbe和Vce电压波形仿真；图7在变频空调PFC的IGBT驱动实际应用电路；图8开关管IGBT导通时门极驱动电压信号实测波形；图9开关管IGBT关闭时门极电压信号实测波形。

一种基于比较器和三极管的驱动电路，包括单片机、比较器、三极管对管和开关器件，其中，所述单片机向所述比较器输出第一电平信号；所述比较器根据所述第一电平信号向所述三极管输出第二电平信号；所述三极管对管根据所述第二电平信号控制所述开关器件的导通截止；所述第一电平信号与所述第二电平信号至少包括高电平和低电平两种状态。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中所述比较器包括比较器U1；所述三极管对管包括三极管T1、三极管T2，此外，还包括电阻R1和电阻R2，其中，所述比较器U1的同相端输入端与所述单片机相连接，所述比较器U1的反相端输入端连接电源VCC2且所述比较器U1的反相端输入端与所述电源VCC2之间连接所述电阻R1，所述电阻R2的一端连接至所述电阻R1与所述比较器U1的反相端输入端之间，所述电阻R2的另一端与地耦接。

所述比较器U1的输出端连接至所述三极管T2的基极，所述三极管T1的基极与所述三极管T2的基极相连，所述三极管T1的发射极与所述三极管T2的发射极连接，并连接至所述开关器件的门极，以实现控制所述开关器件的导通截止。所述单片机、所述比较器U1的地端分别与地耦接；所述三极管T1的集电极和所述比较器U1的电源端与电源VCC1耦接。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中所述比较器U1的同相端输入与所述单片机相之间连接有电阻R0。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中还包括电阻R3和电阻R4，其中，所述比较器U1的输出端与所述三极管T2的基极之间连接有所述电阻R4，所述电阻R3的一端连接至电阻R4与所述比较器U1的输出端之间，所述电阻R3的另一端与电源VCC1耦接。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中还包括电阻R5、电阻R6和稳压二极管ZD1，其中，所述电阻R5的一端连接至所述三极管T1的发射极与所述三极管T2的发射极连接处，所述电阻R5的另一端连接至所述开关器件的门极；所述稳压二极管ZD1的阴极连接至所述开关器件的门极，所述稳压二极管ZD1的阳极连接至所述开关器件的发射极；所述电阻R6的一端连接至所述开关器件的门极，所述电阻R6的另一端连接至所述开关器件的发射极。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中所述开关器件的集电极与电源VDC耦接。

具体实施例中，根据图1电路，保留R5、R6、ZD1，将专用驱动IC换成比较器和三极管对管，电路如图2所示，

其中电源保持不变，VCC1为15V电源，VCC2为MCU电源(一般为5V或3.3V)，VDC为开关管G的集电极电压。T1和T2为一组参数相同的三极管对管，T1为NPN管，T2为PNP管，U1为比较器，R3为比较器输出上拉电阻和T1驱动电阻，R4为限流电阻，R1和R2为比较器反相输入分压电阻，一般推荐R1和R2相等，R0为比较器同相端输入电阻。

当MCU输出高电平时，U1比较器的同相端输入电压高于反相端电压时，比较器输出高电平，否则输出低电平。所以反相输入端的电压为比较器基准电压，该电压由R1和R2分压得到。

所以通过调节R1和R2的阻值可以改变比较器基准电压(如公式1所示)，建议R1和R2相等，能够更好区分高低电平(例如MCU电源为5V时，推荐基准电压为2.5V)

当比较器输出高电平时，VCC1通过R3和R4对三极管T1进行驱动，此时T1开通，T2关断。

T1导通，VCC1通过R5驱动开关管G开通。门极驱动电流如图3箭头所示。

当比较器输出低电平时，此时T1关断，T2导通。开关管G通过R5放电，开关管G截止关断。

门极关断电流如图4箭头所示。

在开关管G为30A/600V的IGBT下，电阻R3取值关系到三极管T1的导通饱和深度，一般VCC1＝15V的情况下R3＝2KΩ～5KΩ比较合适。R5取值到IGBT的导通饱和深度，取值一般为10Ω～30Ω。

下拉电阻R6一般取值为4KΩ～10KΩ，ZD1稳压管一般为24V/1W稳压管，R4一般为10Ω～30Ω。

R0、R1、R2为KΩ级别电阻。

根据图1的原理，通过MicroCap软件建立如图5的仿真应用电路。

由图5可知主电路为BOOST升压DC/DC电源电路，其中V1输入直流电压(300V)，L1电感(5mH)，G为IGBT(IXGH28N60B)，D2为快恢复二极管(MUR3060WT)，C1为电解电容(800uF/450V)，RL为电阻负载(100Ω)。

驱动电路参数为R0＝R1＝R2＝4.7KΩ，R3＝2.7KΩ，R4＝100Ω，R5＝20Ω，R6＝10KΩ，比较器U1的型号LM293，稳压管Z1型号为1SMB5931BT3，三极管T1型号为2SC2873，三极管T1型号为2SA1213，C2为滤波电容(100pF)，PWM载波为10KHZ，占空比为30％。

图6为开关管IGBT门极驱动信号Vbe和集电极和发射极之间电压Vce波形仿真。从仿真结果上看，本文提出的设计电路可以可靠地驱动开关管G的开关和关断，具有产品化的意义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种基于比较器和三极管的驱动电路，其特征在于，包括单片机、比较器、三极管对管和开关器件，其中，

所述单片机向所述比较器输出第一电平信号；

2.根据权利要求1所述的基于比较器和三极管的驱动电路，其特征在于，所述比较器包括比较器U1；所述三极管对管包括三极管T1、三极管T2，此外，还包括电阻R1和电阻R2，其中，

3.根据权利要求1所述的基于比较器和三极管的驱动电路，其特征在于，所述比较器U1的同相端输入与所述单片机相之间连接有电阻R0。

4.根据权利要求1所述的基于比较器和三极管的驱动电路，其特征在于，还包括电阻R3和电阻R4，其中，所述比较器U1的输出端与所述三极管T2的基极之间连接有所述电阻R4，所述电阻R3的一端连接至电阻R4与所述比较器U1的输出端之间，所述电阻R3的另一端与电源VCC1耦接。

5.根据权利要求1所述的基于比较器和三极管的驱动电路，其特征在于，还包括电阻R5、电阻R6和稳压二极管ZD1，其中，所述电阻R5的一端连接至所述三极管T1的发射极与所述三极管T2的发射极连接处，所述电阻R5的另一端连接至所述开关器件的门极；所述稳压二极管ZD1的阴极连接至所述开关器件的门极，所述稳压二极管ZD1的阳极连接至所述开关器件的发射极；所述电阻R6的一端连接至所述开关器件的门极，所述电阻R6的另一端连接至所述开关器件的发射极。

6.根据权利要求1所述的基于比较器和三极管的驱动电路，其特征在于，所述开关器件的集电极与电源VDC耦接。