CN214674887U - 一种基于igbt单管驱动的正负电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，包括DC\DC隔离电源模块UM1、输入端电容模块、第一输出端电容模块、第二输出端电容模块、正电压稳压二极管DZ1、负电压稳压二极管DZ2以及电阻R1；稳压二极管DZ1的阳极与稳压二极管DZ2的阴极连接，再并联至所述DC\DC隔离电源模块UM1的输出端；输入端电容模块连接至所述DC\DC隔离电源模块UM1的输入端；第一输出端电容模块与所述正电压稳压二极管DZ1并联；第二输出端电容模块以及电阻R1与所述负电压稳压二极管DZ2并联，设计简单、可靠、成本低，能够提供足够大的瞬时驱动功率或瞬时驱动电流，使IGBT能及时迅速地建立栅控电场而导通。

Description

一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路

技术领域

本实用新型涉及一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路。

背景技术

IGBT是由MOS(绝缘栅型场效应管)和BJT(双极型三极管)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；在电力电子中应用十分广泛，由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能的好坏将直接影响IGBT能否正常工作。IGBT驱动电路需要提供一定的正向和反向驱动电压，使IGBT能可靠地开通和关断；提供足够大的瞬时驱动功率或瞬时驱动电流，使IGBT能及时迅速地建立栅控电场而导通；具有尽可能小的输入、输出延迟时间以提高工作效率；IGBT一般采用隔离法驱动，其中隔离驱动的隔离元件有光电耦合器和脉冲变压器两种。

变压器的隔离驱动器包括：变压器、一路电源输入，自带DC/DC辅助电源的驱动器；目前有许多公司使用两个脉冲变压器传递半桥驱动信号，需要一路电源输入，自带一个DC/DC电源提供驱动所需的两个辅助电源。输出的驱动信号质量不错，驱动能力也很强，但由于结构复杂，因而体积较大，价格偏高，用于IGBT单管驱动成本较高。

光电耦合器的隔离驱动器：隔离驱动器绝大部分使用光电耦合器来隔离输入的驱动信号和被驱动的绝缘栅器件，采用厚膜工艺制成HIC电路，部分阻容元件也由引脚介入。它们的优点是大部分具有过流保护功能，其过流信号是从IGBT的管压降中取得的，光电耦合器的输出级需要隔离的辅助电源供电需要一路电源输入来产生双电源，由于成本问题，该类产品价格稍高。

以上两种隔离驱动都使用了双电源，可靠高效驱动IGBT是离不开双电源的，所以双电源设计对IGBT驱动是光电耦合器驱动能否在工业生产持续发展的一个关键问题，如何解决上述问题具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，设计简单、可靠、成本低，能够提供足够大的瞬时驱动功率或瞬时驱动电流，使IGBT能及时迅速地建立栅控电场而导通。

本实用新型是这样实现的：一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，包括DC\DC隔离电源模块UM1、输入端电容模块、第一输出端电容模块、第二输出端电容模块、正电压稳压二极管DZ1、负电压稳压二极管DZ2以及电阻R1；

所述正电压稳压二极管DZ1与负电压稳压二极管DZ2串联，即稳压二极管DZ1的阳极与稳压二极管DZ2的阴极连接，串联的所述正电压稳压二极管DZ1与负电压稳压二极管DZ2再并联至所述DC\DC隔离电源模块 UM1的输出端；

所述输入端电容模块连接至所述DC\DC隔离电源模块UM1的输入端；

所述第一输出端电容模块与所述正电压稳压二极管DZ1并联；

所述第二输出端电容模块以及电阻R1与所述负电压稳压二极管DZ2 并联。

进一步地，包括输入端正极以及输入端负极；所述输入端电容模块包括电容C2、电容C3以及电容C4；

所述输入端正极分别连接至所述电容C2一端部、电容C3一端部、电容C4一端部以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚1；所述输入端负极分别连接至所述电容C2另一端部、电容C3另一端部、电容C4另一端部以及 DC\DC隔离电源模块UM1的引脚2。

进一步地，所述输入端电容模块中的电容参数一致。

进一步地，包括输出端正电源正极以及输出端正负电源公共极；第一输出端电容模块包括：电容C7、电容C8、电容C9、电容C10以及电容C11；

所述输出端正电源正极连接所述电容C7一端部、电容C8一端部、电容C9一端部、电容C10一端部、电容C11一端部、正电压稳压二极管DZ1 的阴极以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚4；

所述输出端正负电源公共极连接所述电容C7另一端部、电容C8另一端部、电容C9另一端部、电容C10另一端部、电容C11另一端部、正电压稳压二极管DZ1的阳极、电阻R1的一端部、负电压稳压二极管DZ2的阴极。

进一步地，所述第一输出端电容模块中的电容参数一致。

进一步地，包括输出端负电源的负极；所述第二输出端电容模块包括：电容C14、电容C15、电容C16、电容C17以及电容C18；

所述输出端负电源的负极连接所述电容C14一端部、电容C15一端部、电容C16一端部、电容C17一端部、电容C18一端部、电阻R1的另一端部、负电压稳压二极管DZ2的阳极以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚 3；

所述输出端正负电源公共极连接所述电容C14另一端部、电容C15另一端部、电容C16另一端部、电容C17另一端部以及电容C18另一端部。

进一步地，所述第二输出端电容模块中的电容参数一致。

进一步地，所述输入端电容模块、第一输出端电容模块以及第二输出端电容模块中的电容参数一致。

本实用新型的优点在于：采用一路正电源输入，产生一路正电源和一路负电源；正电源用于IGBT单管的开通，负电源用于IGBT单管的关闭；本电路设计简单、可靠、成本低，能够提供足够大的瞬时驱动功率或瞬时驱动电流，使IGBT能及时迅速地建立栅控电场而导通；且具有尽可能小的输入、输出延迟时间以提高工作效率。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路的电路图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，包括DC\DC隔离电源模块UM1、输入端电容模块、第一输出端电容模块、第二输出端电容模块、正电压稳压二极管DZ1、负电压稳压二极管DZ2以及电阻R1；

所述正电压稳压二极管DZ1与负电压稳压二极管DZ2串联，即稳压二极管DZ1的阳极与稳压二极管DZ2的阴极连接，串联的所述正电压稳压二极管DZ1与负电压稳压二极管DZ2再并联至所述DC\DC隔离电源模块 UM1的输出端；具体将所述正电压稳压二极管DZ1阴极与DC\DC隔离电源模块UM1的4脚相连，负电压稳压二极管DZ2的阴极与正电压稳压二极管DZ1阳极相连，负电压稳压二极管DZ2的阳极与DC\DC隔离电源模块 UM1的3脚相连；

所述输入端电容模块连接至所述DC\DC隔离电源模块UM1的输入端；

所述第一输出端电容模块与所述正电压稳压二极管DZ1并联；

所述第二输出端电容模块以及电阻R1与所述负电压稳压二极管DZ2 并联，所述输入端电容模块、第一输出端电容模块以及第二输出端电容模块中的电容参数一致。

所述电路包括输入端正极以及输入端负极；所述输入端电容模块包括电容C2、电容C3以及电容C4；

所述输入端正极分别连接至所述电容C2一端部、电容C3一端部、电容C4一端部以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚1；所述输入端负极分别连接至所述电容C2另一端部、电容C3另一端部、电容C4另一端部以及 DC\DC隔离电源模块UM1的引脚2，所述输入端电容模块中的电容参数一致。

所述电路包括输出端正电源正极、输出端负电源的负极以及输出端正负电源公共极；第一输出端电容模块包括：电容C7、电容C8、电容C9、电容C10以及电容C11；

所述输出端正电源正极连接所述电容C7一端部、电容C8一端部、电容C9一端部、电容C10一端部、电容C11一端部、正电压稳压二极管DZ1 的阴极以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚4；

所述输出端正负电源公共极连接所述电容C7另一端部、电容C8另一端部、电容C9另一端部、电容C10另一端部、电容C11另一端部、正电压稳压二极管DZ1的阳极、电阻R1的一端部、负电压稳压二极管DZ2的阴极。

所述第一输出端电容模块中的电容参数一致。

所述第二输出端电容模块包括：电容C14、电容C15、电容C16、电容 C17以及电容C18；

所述输出端负电源的负极连接所述电容C14一端部、电容C15一端部、电容C16一端部、电容C17一端部、电容C18一端部、电阻R1的另一端部、负电压稳压二极管DZ2的阳极以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚 3；

所述输出端正负电源公共极连接所述电容C14另一端部、电容C15另一端部、电容C16另一端部、电容C17另一端部以及电容C18另一端部。

所述第二输出端电容模块中的电容参数一致。

电路采用一路直流电压+12V输入，产生一路正电压+16V输出和一路负电压-8V输出；正电压+16V用于IGBT单管开通供电，负电压-8V用于IGBT 单管关断使用。IGBT单管在开通时正电压两端的陶瓷电容所存储的能量提供足够的瞬时功率开通IGBT单管，IGBT单管在关断负电压两端的陶瓷电容所存储的能量提供足够的瞬时功率关闭IGBT单管；该电路可靠简单易得。

本实用新型另一实施例：

本电路利用稳压二极管DZ1、DZ2串联即稳压二极管DZ1的阳极与稳压二极管DZ2的阴极连接后并在DC\DC隔离电源模块UM1输出端，DC\DC隔离电源模块UM1输入端加电后输出端会形成一个电势差，由于输出端并联一组串联的稳压二极管，会在两个稳压二极管上形成两个电势差，取中间电势为参考而得到两个电势差，从而得到双电源；本电路由DC\DC隔离电源模块UM1，陶瓷电容C2、C3、C4、C7、C8、C9、C10、C11、C14、C15、C16、 C17、C18，电阻R1，稳压二极管DZ1、DZ2构成；输入端陶瓷电容C2、C3、 C4并联在DC\DC隔离电源模块UM1的1脚和2脚，输出端稳压二极管DZ1与 DZ2串联，稳压二极管DZ1的阴极接DC\DC隔离电源模块UM1的4脚，稳压二极管DZ2的阳极接DC\DC隔离电源模块UM1的3脚，正电压输出端将C7、 C8、C9、C10、C11与稳压二极管DZ1并联，负电压输出端将C14、C15、C16、 C17、C18与稳压二极管DZ2并联，同时电阻R1与DZ2并联，本电路设计可靠、简单、易得、成本少；

本实用新型采用直流12V作为输入电压，C2、C3、C4作为DC\DC模块 B1224S-2WR2的输入级，陶瓷电容C7、C8、C9、C10、C11为10uF/50V作为 DC\DC模块正电源的输出级，陶瓷电容C14、C15、C16、C17、C18为10uF/50V 作为DC\DC模块负电源输出级；DZ1为ZM4745A作为正电源输出的稳压， DZ2为作为负电源输出的稳压；在驱动IGBT单管时就有双电源。

输入电源(+12V，GND)、陶瓷电容C2、C3、C4、C7、C8、C9、C10、 C11、C14、C15、C16、C17、C18(10uF/50V)，电阻R1(1KF)，稳压二极管DZ1(ZM4745A)、DZ2(ZM4742A)；所述输入电源(+12V，GND)之间连接有三个耦合电容器(C2、C3、C4)，用于输入电源的滤波，输出端稳压二极管 DZ1与DZ2串联，稳压二极管DZ1的阴极接DC\DC隔离电源模块UM1的 4脚，稳压二极管DZ2的阳极接DC\DC隔离电源模块UM1的3脚，正电压输出端将C7、C8、C9、C10、C11与稳压二极管DZ1并联，负电压输出端将C14、C15、C16、C17、C18与稳压二极管DZ2并联，同时电阻R1与DZ2并联，输入电源接入后稳压管DZ1的阴极对阳极将会产生正电压，稳压管DZ2的阴极对阳极将会产生产生负电压；

本实用新型电路提供适当的正反向电压，使IGBT能可靠地开通和关断。当正偏压增大时IGBT通态压降和开通损耗下降，门极驱动电压过大，则负载短路时其Ic随Uce增加而增大，对其安全不利，故门极电压要适宜；负片电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通；本电路在IGBT 开通后能提供足够的电压、电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致推出饱和而损坏。

本实用新型DC\DC隔离电源模块UM1采用四个引脚的模块，例如： B1224S-2WR2；使得成本降低。

如上所述实用新型本电路具有如下优点：

1、本实用新型电路具有了输入极性保护、输入欠压保护、输入短路保护、过流过压保护；避免了电路自身损坏。

2、本实用新型避免因为高速开通和关断会产生很高的尖峰电压，造成其他控制器件的损坏。

3、本实用新型具有较高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘。

4、本实用新型具有电路参数一致性、运行稳定以及体积小的优点。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：包括DC\DC隔离电源模块UM1、输入端电容模块、第一输出端电容模块、第二输出端电容模块、正电压稳压二极管DZ1、负电压稳压二极管DZ2以及电阻R1；

所述正电压稳压二极管DZ1与负电压稳压二极管DZ2串联，即稳压二极管DZ1的阳极与稳压二极管DZ2的阴极连接，串联的所述正电压稳压二极管DZ1与负电压稳压二极管DZ2再并联至所述DC\DC隔离电源模块UM1的输出端；

所述输入端电容模块连接至所述DC\DC隔离电源模块UM1的输入端；

所述第一输出端电容模块与所述正电压稳压二极管DZ1并联；

所述第二输出端电容模块以及电阻R1与所述负电压稳压二极管DZ2并联。

2.如权利要求1所述的一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：包括输入端正极以及输入端负极；所述输入端电容模块包括电容C2、电容C3以及电容C4；

所述输入端正极分别连接至所述电容C2一端部、电容C3一端部、电容C4一端部以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚1；所述输入端负极分别连接至所述电容C2另一端部、电容C3另一端部、电容C4另一端部以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚2。

3.如权利要求1或2所述的一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：所述输入端电容模块中的电容参数一致。

4.如权利要求1所述的一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：包括输出端正电源正极以及输出端正负电源公共极；第一输出端电容模块包括：电容C7、电容C8、电容C9、电容C10以及电容C11；

所述输出端正电源正极连接所述电容C7一端部、电容C8一端部、电容C9一端部、电容C10一端部、电容C11一端部、正电压稳压二极管DZ1的阴极以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚4；

所述输出端正负电源公共极连接所述电容C7另一端部、电容C8另一端部、电容C9另一端部、电容C10另一端部、电容C11另一端部、正电压稳压二极管DZ1的阳极、电阻R1的一端部、负电压稳压二极管DZ2的阴极。

5.如权利要求1或4所述的一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：所述第一输出端电容模块中的电容参数一致。

6.如权利要求4所述的一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：包括输出端负电源的负极；所述第二输出端电容模块包括：电容C14、电容C15、电容C16、电容C17以及电容C18；

所述输出端负电源的负极连接所述电容C14一端部、电容C15一端部、电容C16一端部、电容C17一端部、电容C18一端部、电阻R1的另一端部、负电压稳压二极管DZ2的阳极以及DC\DC隔离电源模块UM1的引脚3；

所述输出端正负电源公共极连接所述电容C14另一端部、电容C15另一端部、电容C16另一端部、电容C17另一端部以及电容C18另一端部。

7.如权利要求1或6所述的一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：所述第二输出端电容模块中的电容参数一致。

8.如权利要求1所述的一种基于IGBT单管驱动的正负电源电路，其特征在于：所述输入端电容模块、第一输出端电容模块以及第二输出端电容模块中的电容参数一致。

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