CN218829888U - 一种高压大功率igbt驱动电路 - Google Patents

一种高压大功率igbt驱动电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种高压大功率IGBT驱动电路,包括:依次连接的PWM信号放大电路、驱动器电路、驱动功率放大电路、栅极保护电路、软关断电路;所述PWM信号放大电路用于放大PWM信号;所述驱动器电路用于输出驱动信号;所述驱动功率放大电路用于控制所述IGBT的开通与关断;所述栅极保护电路用于抑制所述驱动信号的振铃,并调节所述IGBT的开通和关断时间;所述软关断电路用于在设定条件下开启,以减小所述IGBT上的电压应力。

Description

一种高压大功率IGBT驱动电路
技术领域
本实用新型涉及驱动电路设计技术领域,更具体地,涉及一种高压大功率IGBT驱动电路。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种将MOSFET(场效应晶体管)和GTR(电力晶体管)集成于一体的复合器件。具有易于驱动触发,开关频率高,较高的电流承载能力等优点。随着新能源产业的迅速发展,高压大功率IGBT在光伏,风电,轨道交通等领域得到广泛应用,与低压小功率IGBT不同,中高压大功率IGBT运行条件更为恶劣,对驱动电路的综合性能有着更高要求。
现有的传统驱动电路在驱动大功率IGBT器件时无法满足对开通和关断速度的需要,为此需要增大死区时间防止IGBT器件直通,同时工作在大电流状态时,IGBT的突然关断,会产生较大的尖峰电压,可能会导致IGBT过压击穿。
针对目前存在的问题,需要提供一种适合的方案解决存在的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种高压大功率IGBT驱动电路,实现快速关断IGBT器件,减少尖峰电压的产生,防止IGBT过压击穿,达到保护电路的目的。
为了实现上述目的,本实用新型提供了一种高压大功率IGBT驱动电路,包括:
依次连接的PWM信号放大电路、驱动器电路、驱动功率放大电路、栅极保护电路、软关断电路;
所述PWM信号放大电路用于放大PWM信号;
所述驱动器电路用于输出驱动信号;
所述驱动功率放大电路用于控制所述IGBT的开通与关断;
所述栅极保护电路用于抑制所述驱动信号的振铃,并调节所述IGBT的开通和关断时间;
所述软关断电路用于在设定条件下开启,以减小所述IGBT上的电压应力。
可选方案中,所述PWM信号放大电路包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一三极管、第二三极管;
所述第一电阻的一端为PWM信号输入端,所述第一电阻的另一端与所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极、所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端连接;所述第二电阻的另一端与所述第一电容的另一端以及所述第二三极管的集电极共接于PWM信号地;所述第一三极管的集电极与+5V电压连接;所述第一三极管的发射集与所述第三电阻的一端、所述第二三极管的发射极连接;所述第三电阻的另一端连接于所述驱动器电路。
可选方案中,所述驱动器电路包括:驱动芯片、第四电阻、第三电容、第四电容、第五电阻;
所述第四电阻的一端连接于所述第三电阻的所述另一端,并连接于所述驱动芯片的第一引脚;所述第四电阻的另一端与所述驱动芯片第三引脚共接于PWM信号地;驱动芯片的第六引脚与正向驱动电压源、所述第三电容一端连接;所述驱动芯片的第五引脚与所述第五电阻的一端连接;所述驱动芯片第四引脚与负向驱动电压源、所述第四电容一端连接;所述第四电容的另一端和所述第三电容的另一端接地;所述第五电阻的另一端与所述驱动功率放大电路连接。
可选方案中,所述驱动功率放大电路包括第三三极管、第四三极管、第六电阻、第一二极管、第七电阻;
所述第三三极管和所述第四三极管的基极均连接于所述第五电阻的所述另一端;所述第三三极管的集电极与所述正向驱动电压源连接;所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的发射极、所述第六电阻的一端、所述第一二极管的阴极连接;所述第四三极管的集电极与所述负向驱动电压源连接;所述第一二极管的阳极与所述第七电阻的一端连接;所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的另一端共同连接于连接所述栅极保护电路。
可选方案中,所述栅极保护电路包括:第八电阻、第九电阻、第五电容;
所述第八电阻的一端与所述第六电阻的所述另一端、所述第七电阻的所述另一端、所述第九电阻一端以及所述IGBT的栅极连接;所述第八电阻的另一端与所述第五电容的一端连接;所述第五电容的另一端、所述第九电阻的另一端以及所述IGBT的发射集共接于地。
可选方案中,所述软关断电路包括第二二极管,第三二极管,第六电容;
所述第二二极管的阴极连接于所述第八电阻的所述一端;所述第二二极管的阳极与所述第六电容的一端、所述第三二极管的阳极连接;所述第三二极管的阴极与所述第六电容的另一端共接于所述IGBT的集电极。
可选方案中,所述正向驱动电压源的电压为+15V,所述负向驱动电压源的电压为-7.5V。
可选方案中,所述第一三极管和所述第三三极管为NPN型;所述第二三极管和所述第四三极管为PNP型。
可选方案中,所述第一二极管和所述第二二极管为肖特基二极管,所述第三二极管为TVS二极管。
可选方案中,所述驱动芯片的型号为UCC23513,所述第一引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚分别对应于引脚1、引脚3、引脚4、引脚5和引脚6。
本实用新型的有益效果在于:
本实用新型采用电容隔离的IGBT驱动器,具有更低的信号延迟时间。输入PWM信号通过推挽电路放大,滤除杂散信号,能够获得更加准确的驱动信号。驱动器输出信号通过推挽电路放大,加快IGBT的开通和关断速度,降低开关损耗。当IGBT上的电压应力较大时,会启动软关断电路,提高IGBT关断速率,降低IGBT电压应力。栅极保护电路可以有效抑制栅极的尖峰电压,防止栅极击穿。
本实用新型具有其它的特性和优点,这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的,或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述,这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述,本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了根据本实用新型一实施例的一种高压大功率IGBT驱动电路的电路图。
图2示出了根据本实用新型一实施例的驱动信号为正时的示意图。
图3示出了根据本实用新型一实施例的驱动信号为负且软关断电路未工作时的示意图。
图4示出了根据本实用新型一实施例的驱动信号为负且软关断电路工作时的示意图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本实用新型。虽然本实用新型提供了优选的实施例,然而应该理解,可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整,并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
参照图1,本实用新型一实施例提供了一种高压大功率IGBT驱动电路,包括:
依次连接的PWM信号放大电路、驱动器电路、驱动功率放大电路、栅极保护电路、软关断电路;
所述PWM信号放大电路用于放大PWM信号;
所述驱动器电路用于输出驱动信号;
所述驱动功率放大电路用于控制所述IGBT的开通与关断;
所述栅极保护电路用于抑制所述驱动信号的振铃,并调节所述IGBT的开通和关断时间;
所述软关断电路用于在设定条件下开启,以减小所述IGBT上的电压应力。
具体地,PWM信号放大电路与驱动器电路连接,所述驱动器电路与驱动功率放大电路连接,所述驱动功率放大电路与栅极保护电路连接,所述栅极保护电路与软关断电路连接。单片机产生的PWM信号经过PWM信号放大电路后,经过驱动器电路产生的驱动信号。驱动信号经过驱动功率放大电路后来控制IGBT的开通和关断,栅极保护电路可以抑制驱动信号的振铃,软关断电路可以减小IGBT上的电压应力。采用该驱动电路可以滤除噪声,输出更加精准地驱动信号,同时可以缩短IGBT的开关时间,降低开关损耗,减小关断电压应力,提高IGBT地运行的可靠性。
所述PWM信号放大电路包括:第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1、第二三极管Q2;本实施例中,第一三极管为NPN型,第二三极管Q2为PNP型。
所述第一电阻R1的一端为PWM信号输入端,所述第一电阻R1的另一端与所述第一三极管Q1的基极、所述第二三极管Q2的基极、所述第二电阻R2的一端和所述第一电容C1的一端连接;所述第二电阻R2的另一端与所述第一电容C1的另一端以及所述第二三极管Q2的集电极共接于PWM信号地;所述第一三极管Q1的集电极与电压源(如+5V电压)连接;所述第一三极管Q1的发射集与所述第三电阻R3的一端、所述第二三极管Q2的发射极连接;所述第三电阻R3的另一端连接于所述驱动器电路。
所述驱动器电路包括:驱动芯片U1、第四电阻R4、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5;所述第四电阻R4的一端连接于所述第三电阻R3的所述另一端,并连接于所述驱动芯片U1的第一引脚;所述第四电阻R4的另一端与所述驱动芯片U1第三引脚共接于PWM信号地;驱动芯片U1的第六引脚与正向驱动电压源(本实施例中正向驱动电压源的电压为+15V)、所述第三电容C3一端连接;所述驱动芯片U1的第五引脚与所述第五电阻R5的一端连接;所述驱动芯片U1第四引脚与负向驱动电压源(本实施例中负向驱动电压源的电压为-7.5V)、所述第四电容C4一端连接;所述第四电容C4的另一端和所述第三电容C3的另一端接地;所述第五电阻R5的另一端与所述驱动功率放大电路连接。本实施例中,所述驱动芯片U1的型号为UCC23513,所述第一引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚分别对应于引脚1、引脚3、引脚4、引脚5和引脚6。
所述驱动功率放大电路包括第三三极管Q3、第四三极管Q4、第六电阻R6、第一二极管D1(本实施例中第一二极管D1为肖特基二极管)、第七电阻R7。本实施例中,第三三极管Q3为NPN型,第四三极管Q4为PNP型。所述第三三极管Q3和所述第四三极管Q4的基极均连接于所述第五电阻R5的所述另一端;所述第三三极管Q3的集电极与所述正向驱动电压源连接;所述第三三极管Q3的发射极与所述第四三极管Q4的发射极、所述第六电阻R6的一端、所述第一二极管D1的阴极连接;所述第四三极管Q4的集电极与所述负向驱动电压源连接;所述第一二极管D1的阳极与所述第七电阻R7的一端连接;所述第六电阻R6的另一端与所述第七电阻R7的另一端共同连接于连接所述栅极保护电路。
所述栅极保护电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第五电容C5;所述第八电阻R8的一端与所述第六电阻R6的所述另一端、所述第七电阻R7的所述另一端、所述第九电阻R9一端以及所述IGBT的栅极连接;所述第八电阻R8的另一端与所述第五电容C5的一端连接;所述第五电容C5的另一端、所述第九电阻R9的另一端以及所述IGBT的发射集共接于地。
所述软关断电路包括第二二极管D2,第三二极管D3,第六电容C6,本实施例中第二二极管D2为肖特基二极管,第三二极管D3为TVS二极管;所述第二二极管D2的阴极连接于所述第八电阻R8的所述一端;所述第二二极管D2的阳极与所述第六电容C6的一端、所述第三二极管D3的阳极连接;所述第三二极管D3的阴极与所述第六电容C6的另一端共接于所述IGBT的集电极。
如图2所示,PWM信号经过RC滤波器后控制推挽式放大电路。在推挽电路中利用NPN型第一三极管Q1和PNP型第二三极管Q2构成一级放大电路,两个三极管分别放大输入信号的正半周和负半周,两个输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个完整的输出信号,经过放大的PWM信号通过UCC23513的引脚1和引脚3输入。UCC23513的6脚和4脚分别接入正向电压和负向电压,该驱动电路的正向电压取15V,驱动的负向电压取-7.5V,同时并联滤波电容。UCC23513的5引脚输出驱动信号,驱动信号用来控制推挽电路。在推挽电路中利用NPN型第三三极管Q3和PNP型第四三极管Q4构成一级放大电路,两个三极管分别放大输入信号的正半周和负半周,两个输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个完整的输出信号控制IGBT的开通和关断。第三三极管Q3的集电极电压为15V,第四三极管Q4的发射极电压为-7.5V,在驱动信号为正时,第三三极管Q3导通,15V正向电压流经第三三极管Q3和第六电阻R6从而缓慢开通IGBT。在驱动信号为负时,第三三极管Q3关闭第四三极管Q4导通,IGBT的栅极电压流经第七电阻R7和第一二极管D1接入-7.5V负向电压,从而快速关断IGBT。
栅极保护电路工作时RC滤波器会滤除高频噪声,通过调节第五电容C5的值还可以调节IGBT的开通和关断时间。第九电阻R9用于电路不工作时泄放IGBT的栅极电荷。
如图3和图4,所述软关断电路包括第二二极管D2、第三二极管D3和第六电容C6。其中第三二极管D3为TVS二极管,通过选型不同耐压值的TVS管可以调控IGBT触发软关断的最大电压。当IGBT关断存在的电压应力较小时,软关断电路未触发,IGBT的栅极电压经过第七电阻R7、第一二极管D1、第四三级管Q4后连接到-7.5V驱动电压上,IGBT得以快速关断。当IGBT关断存在的电压应力较大时,软关断电路触发,第二二极管D2导通,电压V1=VDS-VDZ叠加到IGBT的栅极上,提高IGBT的关断电压,降低关断速度。
本实用新型采用电容隔离的IGBT驱动器,具有更低的信号延迟时间。输入PWM信号通过推挽电路放大,滤除杂散信号,能够获得更加准确的驱动信号。驱动器输出信号通过推挽电路放大,加快IGBT的开通和关断速度,降低开关损耗。当IGBT上的电压应力较大时,会启动软关断电路,提高IGBT关断速率,降低IGBT电压应力。栅极保护电路可以有效抑制栅极的尖峰电压,防止栅极击穿。
以上仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,包括:
依次连接的PWM信号放大电路、驱动器电路、驱动功率放大电路、栅极保护电路、软关断电路;
所述PWM信号放大电路用于放大PWM信号;
所述驱动器电路用于输出驱动信号;
所述驱动功率放大电路用于控制所述IGBT的开通与关断;
所述栅极保护电路用于抑制所述驱动信号的振铃,并调节所述IGBT的开通和关断时间;
所述软关断电路用于在设定条件下开启,以减小所述IGBT上的电压应力。
2.根据权利要求1所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述PWM信号放大电路包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一三极管、第二三极管;
所述第一电阻的一端为PWM信号输入端,所述第一电阻的另一端与所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极、所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端连接;所述第二电阻的另一端与所述第一电容的另一端以及所述第二三极管的集电极共接于PWM信号地;所述第一三极管的集电极与电压源连接;所述第一三极管的发射集与所述第三电阻的一端、所述第二三极管的发射极连接;所述第三电阻的另一端连接于所述驱动器电路。
3.根据权利要求2所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述驱动器电路包括:驱动芯片、第四电阻、第三电容、第四电容、第五电阻;
所述第四电阻的一端连接于所述第三电阻的所述另一端,并连接于所述驱动芯片的第一引脚;所述第四电阻的另一端与所述驱动芯片第三引脚共接于PWM信号地;驱动芯片的第六引脚与正向驱动电压源、所述第三电容一端连接;所述驱动芯片的第五引脚与所述第五电阻的一端连接;所述驱动芯片第四引脚与负向驱动电压源、所述第四电容一端连接;所述第四电容的另一端和所述第三电容的另一端接地;所述第五电阻的另一端与所述驱动功率放大电路连接。
4.根据权利要求3所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述驱动功率放大电路包括:第三三极管、第四三极管、第六电阻、第一二极管、第七电阻;
所述第三三极管和所述第四三极管的基极均连接于所述第五电阻的所述另一端;所述第三三极管的集电极与所述正向驱动电压源连接;所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的发射极、所述第六电阻的一端、所述第一二极管的阴极连接;所述第四三极管的集电极与所述负向驱动电压源连接;所述第一二极管的阳极与所述第七电阻的一端连接;所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的另一端共同连接于连接所述栅极保护电路。
5.根据权利要求4所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述栅极保护电路包括:第八电阻、第九电阻、第五电容;
所述第八电阻的一端与所述第六电阻的所述另一端、所述第七电阻的所述另一端、所述第九电阻一端以及所述IGBT的栅极连接;所述第八电阻的另一端与所述第五电容的一端连接;所述第五电容的另一端、所述第九电阻的另一端以及所述IGBT的发射集共接于地。
6.根据权利要求5所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述软关断电路包括第二二极管,第三二极管,第六电容;
所述第二二极管的阴极连接于所述第八电阻的所述一端;所述第二二极管的阳极与所述第六电容的一端、所述第三二极管的阳极连接;所述第三二极管的阴极与所述第六电容的另一端共接于所述IGBT的集电极。
7.根据权利要求3所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述正向驱动电压源的电压为+15V,所述负向驱动电压源的电压为-7.5V。
8.根据权利要求4所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述第一三极管和所述第三三极管为NPN型;所述第二三极管和所述第四三极管为PNP型。
9.根据权利要求6所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述第一二极管和所述第二二极管为肖特基二极管,所述第三二极管为TVS二极管。
10.根据权利要求3所述的高压大功率IGBT驱动电路,其特征在于,所述驱动芯片的型号为UCC23513,所述第一引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚分别对应于引脚1、引脚3、引脚4、引脚5和引脚6。
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