CN217956951U - 一种带负偏压的igbt驱动电源保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开IGBT电路领域的一种带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其包括光耦合器和IGBT电路，光耦合器包括控制信号端、第一电源端，第二电源端和驱动输出端，驱动输出端连接IGBT的栅极端，第一电源端和第二电源端连接一直流驱动电源；直流驱动电源连接有分压电路，分压电路使直流驱动电源形成一正电源端和一负电源端，正电源端连接第一电源端，负电源端连接第二电源端。IGBT驱动电路在关断IGBT时栅极增加了负压，使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。并且只需要1路正电源即可，具有控制简单、元件少、成本低等特点。

Description

一种带负偏压的IGBT驱动电源保护电路

技术领域

本实用新型涉及IGBT电路领域，尤其涉及一种带负偏压的IGBT驱动电源保护电路。

背景技术

目前的光伏逆变器中，离不开核心元件开关管IGBT，在IGBT关断期间，由于电路中其他部分的工作，会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信号轻则会使本该截止的IGBT处于微通状态，增加管子的功耗。重则将使调压电路处于短路直通状态。因此，改进为给处于截止状态的IGBT加一反向栅压，幅值一般为5～15V，使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。为了给IGBT驱动提供反向栅压，常规做法是驱动电路电源端接正驱动电压，驱动电路接地端接负5V电源。图1是用光耦合器驱动IGBT的典型原理图。

图1所示的IGBT驱动方案，驱动电源需要2路电源，1路+15V的电源提供IGBT正向驱动时的驱动电压，另一路-5V的电源提供IGBT关断时反向栅压。这种方案需求的电源较多，电源系统比较复杂，成本较高。

实用新型内容

(一)本实用新型针对现有技术中的缺点，提供了一种结构简单、低成本仅需一个直流电源的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路。

一种带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，包括光耦合器和IGBT电路，所述光耦合器包括控制信号端、第一电源端，第二电源端和驱动输出端，所述驱动输出端连接IGBT的栅极端，所述第一电源端和所述第二电源端连接一直流驱动电源；

所述直流驱动电源连接有分压电路，所述分压电路使直流驱动电源形成一正电源端和一负电源端，所述正电源端连接所述第一电源端，所述负电源端连接所述第二电源端。

本实用新型的有益效果一：IGBT驱动电路在关断IGBT时栅极增加了负压，使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。并且只需要1路正电源即可，具有控制简单，元件少，成本低等特点。

(二)根据上述提出的IGBT驱动电路，第一电容、第二电容、第一电阻和稳压管组成的稳压管分压电路，把20V直流电源分成两部分串联的直流电源，形成+15V直流电源，和-5V直流电源。

当逆变器关机的时候，系统辅电关闭，正电源端、负电源端的供电停止，光耦合器的供电VCC变为0V，因为光耦合器本身需要工作电流，此时光耦就会消耗电容第一电容和第二电容的电能，会在IGBT栅极产生一个+3V左右的正向电压，而IGBT的开启门限电压一般在2.5V～5V之间。如果逆变器逆变桥的4个IGBT都采用这种驱动电路，在关机的时候就有风险使桥臂直通使逆变器损坏。

针对上述方案中，在关机的时候，会有造IGBT误开通损坏的逆变桥的风险问题，提出了一种优选方案：

一种带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，包括光耦合器和IGBT电路，所述光耦合器包括控制信号端、第一电源端，第二电源端和驱动输出端，所述驱动输出端连接IGBT的栅极端，所述第一电源端和所述第二电源端连接一直流驱动电源；

所述直流驱动电源连接有分压电路，所述分压电路使直流驱动电源形成一正电源端和一负电源端，所述正电源端连接所述第一电源端，所述负电源端连接所述第二电源端。所述分压电路并联一钳位二极管，所述钳位二极管正极端连接所述负电源端，所述钳位二极管负极端连接IGBT发射极端。

优选的，所述分压电路包括串联的第一电容和第二电容，所述第一电容的正极端连接驱动电路的正电源端；所述第二电容的负极端连接驱动电路的负电源端；

还包括与第一电容并联的一稳压管，与第二电容并联的第一电阻，所述稳压管和所述第一电阻串联，所述稳压管负极端连接所述正电源端。

优选的，所述钳位二极管与所述第一电阻并联。

优选的，包括：

第一节点，正电源端、稳压管负极端、第一电容正极端和光耦合器的第一电源端的电连接节点；

第二节点，IGBT栅极端、第一电容负极端和第二电容正极端的电连接节点；

第三节点，分压电路与负电源端的连接节点，即第二电容负极端、负电源端和第二电源端的电连接节点；

第四节点，IGBT栅极端，通过一限流电阻连接至光耦合器的驱动输出端。

优选的，所述IGBT发射极端连接至：第一电容和第二电容的连接节点处，以及稳压管和第一电阻的连接节点处。

优选的，所述分压电路使直流驱动电源形成+15V电源端和-5V电源端。

优选的，IGBT栅极端和IGBT发射极端连接有第二电阻，IGBT栅极端和驱动电路之间连接有第三电阻。

本实用新型的有益效果二：在逆变器关机辅电掉电的时候，避免出现IGBT栅极出现+3V左右正电压导致IGBT直通损坏逆变器的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的电路示意图；

图2是实施例1采用稳压管取得反向栅压的IGBT驱动电源保护电路；

图3是实施例1的IGBT驱动电路使IGBT关断时的电流回路；

图4是实施例1的IGBT驱动电路驱动IGBT导通时的电流回路；

图5是实施例1的关机时电容放电回路；

图6是实施例1的逆变器正常工作时单路驱动辅电通过分压变成双路驱动辅电；

图7是实施例1的逆变器关机时电容放电回路；

图8是实施例2的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路；

图9是实施例2驱动IGBT导通时的电流回路；

图10是实施例2驱动IGBT关断时的电流回路；

图11是实施例2逆变器关机时电容放电回路；

图12是实施例2逆变器关机时电容放电回路。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例1

本实施例公开一种带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，包括光耦合器和IGBT电路，光耦合器包括控制信号端、第一电源端(VCC)，第二电源端(VEE)和驱动输出端，驱动输出端连接IGBT的栅极端，第一电源端和第二电源端连接一直流驱动电源；

直流驱动电源连接有分压电路，分压电路使直流驱动电源形成一正电源端(VCC+)和一负电源端(VCC-)，正电源端连接第一电源端，负电源端连接第二电源端。

具体的，分压电路包括串联的第一电容C1和第二电容C3，第一电容的正极端连接驱动电路的正电源端；第二电容的负极端连接驱动电路的负电源端；

还包括与第一电容C1并联的一稳压管ZD1，与第二电容C3并联的第一电阻R4，稳压管ZD1和第一电阻R4串联，稳压管负极端连接正电源端。

根据以上电路结构，形成以下节点：

第一节点A，正电源端、稳压管负极端、第一电容正极端和光耦合器的第一电源端的电连接节点；

第二节点B，IGBT栅极端、第一电容负极端和第二电容正极端的电连接节点；

第三节点C，分压电路与负电源端的连接节点，即第二电容负极端、负电源端和第二电源端的电连接节点；

第四节点D，IGBT栅极端，通过一限流电阻连接至光耦合器的驱动输出端。

其中，IGBT发射极端连接至：第一电容和第二电容的连接节点处，以及稳压管和第一电阻的连接节点处。

如图2所示，包括光耦合器，光耦合器包括控制信号端E、第一电源端(VCC)，第二电源端(VEE)和驱动输出端。控制信号端E串联一120R电阻，光耦合器内部包括发光二极管和光敏二极管，以及第一开关S1和第二开关S2。

分压电路包括串联的第一电容C1，1000μF 25V和第二电容C3，47μF 25V，第一电容的正极端连接驱动电路的正电源端；第二电容的负极端连接驱动电路的负电源端；

还包括与第一电容C1并联的一稳压管ZD1，25V，与第二电容C3并联的第一电阻R4，1K，稳压管ZD1和第一电阻R4串联，稳压管负极端连接正电源端。基于此稳压管分压电路使直流驱动电源形成+15V电源端和-5V电源端。

运行原理包括：

工作的时候，在VCC+和VCC-之间提供一路20V的直流电源，经过C1,C3,ZD1,R4组成的稳压管分压电路后，把20V直流电源分成两部分串联的直流电源，以B点为参考地，A变为+15V直流电源，C点变为-5V直流电源。当IGBT-Q1需要关闭的时候，光耦合器的输入E点输入低电平，光耦合器内部S1关闭，S2开通，经过稳压管和电阻分压在电容C3上的-5V电压施加在IGBT Q1的栅极D处，使IGBT栅极电压为负压-5V。当IGBT驱动电路使IGBT关断时的电流回路如图3所示加粗箭头回路。

当IGBT-Q1需要导通的时候，光耦合器的输入E点输入高电平，光耦合器内部S1导通，S2关闭，经过稳压管和电阻分压在电容C1上的+15V电压施加在IGBT Q1的栅极D处，使IGBT栅极电压为正压+15V，如图4所示加粗箭头回路。

实施例2

作为一种更优选方案，本实施例披露的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路解决了如果逆变器逆变桥的4个IGBT都采用实施例1驱动电路，在关机的时候存在一定概率使桥臂直通的风险问题。即图中Q1、Q2均导通风险。其他电路结构参考实施例1，区别的是，本实施例包括逆变器逆变桥的4个IGBT，分别为Q1，Q2，Q3，Q4。

实施例1公开的电路，在逆变器关机的时候，没有了辅助供电VCC的输入，电解电容C1和C3会形成图5所示的2个放电回路，图中加粗箭头部分，一个放电回路是光耦合器的自耗电回路：C1→S1→S2→C3。另外因为C3边上并联了第一电阻R4，C3又多了一个C3→R4的放电回路；另外因为关机前C1上的电压比C3的电压高，基于这两个原因，所以C3上的电能会比C1放得更快，当C3的电放完，C1还有电量得时候，就形成了第3个放电回路。

如图6所示逆变器正常工作时，单路驱动辅电通过稳压管电阻分压得到双路驱动辅电时的分压电阻R4上的电流方向，此时电阻R4两端上正下负。

如图7所示的是C3的电放完，C1还有电量的时候，此时放电回路C1→S1→S2→R4。流过R4的电流方向就和正常工作还有系统辅电时反向，电阻R4两端的电压由之前的上正下负变为上负下正。经过实际电路测试，此时R4上的电压有+3V左右。在关机的时候，控制板会关闭所有IGBT的PWM输出，前文可知，关闭PWM输出，光耦合器内部S1关闭，S2导通，此时就会出现所有IGBT本来是驱动关闭状态，实际在所有IGBT的栅极出现了+3V左右的正电压。就会有概率出现桥臂直通母线短路的风险。

本实施例结构如图8，在分压电路并联一钳位二极管，钳位二极管正极端连接负电源端，钳位二极管负极端连接IGBT发射极端。钳位二极管与第一电阻并联。增加钳位二极管钳住如上所述关机时电阻R4两端电压，使其不超过0.6V。确保关机是GBT不会因此误开通。该钳位二极管为低导通压降的钳位二极管。

如图9所示，当IGBT-Q1需要导通的时候，光耦合器的输入E点输入高电平，光耦合器内部S1导通，S2关闭，电容C1上的+15V电压施加在IGBT-Q1的栅极D处，使IGBT栅极电压为正压+15V。

如图10所示，当IGBT-Q1需要关闭的时候，光耦合器的输入E点输入低电平，光耦合器内部S1关闭，S2开通，电容C3上的-5V电压施加在IGBT Q1的栅极D处，使IGBT栅极电压为负压-5V。

如图11所示，逆变器关机的时候，辅助供电VCC变为0V，电解电容C1和C3会形成图11所示的2个放电回路，一个放电回路是光耦合器自耗电回路：C1→S1→S2→C3。还有一个是C3还有多了一个R4：C3→R4的放电回路。此外，因为关机前C1上的电压高于C3的电压，基于这两个原因，所以C3上的电能会比C1放得更快，当C3的电放完，C1还有电量得时候，就形成了第3个放电回路。

图12所示的是C3的电放完，C1还有电量的时候，此时放电回路C1→S1→S2→D1。因为电阻R4边上并联了低导通压降二极管D1，电流会流过D1，D1两端电压会被钳位在0.6V左右。在关机的时候，控制板会关闭所有IGBT的PWM输出，前文可知，关闭PWM输出，驱动光0.6V的电压低于IGBT最小开启门限电压(IGBT最小开启门限电压一般在2.5V以上)，所以本实施例公开的电路解决了逆变器关机时IGBT直通短路母线而损坏逆变器的风险。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，包括光耦合器和IGBT电路，所述光耦合器包括控制信号端、第一电源端，第二电源端和驱动输出端，所述驱动输出端连接IGBT的栅极端，所述第一电源端和所述第二电源端连接一直流驱动电源；

所述直流驱动电源连接有分压电路，所述分压电路使直流驱动电源形成一正电源端和一负电源端，所述正电源端连接所述第一电源端，所述负电源端连接所述第二电源端。

2.根据权利要求1所述的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，所述分压电路并联一钳位二极管，所述钳位二极管正极端连接所述负电源端，所述钳位二极管负极端连接IGBT发射极端。

3.根据权利要求2所述的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，所述分压电路包括串联的第一电容和第二电容，所述第一电容的正极端连接驱动电路的正电源端；所述第二电容的负极端连接驱动电路的负电源端；

还包括与第一电容并联的一稳压管，与第二电容并联的第一电阻，所述稳压管和所述第一电阻串联，所述稳压管负极端连接所述正电源端。

4.根据权利要求3所述的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，所述钳位二极管与所述第一电阻并联。

5.根据权利要求1所述的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，包括：

第一节点，正电源端、稳压管负极端、第一电容正极端和光耦合器的第一电源端的电连接节点；

第二节点，IGBT栅极端、第一电容负极端和第二电容正极端的电连接节点；

第三节点，分压电路与负电源端的连接节点，即第二电容负极端、负电源端和第二电源端的电连接节点；

第四节点，IGBT栅极端，通过一限流电阻连接至光耦合器的驱动输出端。

6.根据权利要求3所述的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，所述IGBT发射极端连接至：第一电容和第二电容的连接节点处，以及稳压管和第一电阻的连接节点处。

7.根据权利要求1至6任一所述的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，所述分压电路使直流驱动电源形成+15V电源端和-5V电源端。

8.根据权利要求1至6任一所述的带负偏压的IGBT驱动电源保护电路，其特征在于，IGBT栅极端和IGBT发射极端连接有第二电阻，IGBT栅极端和驱动电路之间连接有第三电阻。

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