CN219459034U - 基于m57962al的igbt驱动与保护电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及IGBT驱动保护领域，具体涉及一种基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，采用由驱动芯片M57962AL、推挽放大器以及驱动电阻R6组成的驱动信号推挽输出模块，以及由电容C1、电阻R7、二极管D3、二极管D4组成的IGBT保护模块，本实用新型结构简单，便于生产和维修，成本低廉，不但能用于驱动大功率的IGBT，应用场所更加广泛，在保证电路的强力抗干扰性能的前提下，还可以根据具体的IGBT参数进行灵活调节，以驱动不同种类的IGBT。

Description

基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路
技术领域
本实用新型涉及IGBT驱动保护领域，具体涉及一种基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路。
背景技术
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），即绝缘栅双极型晶体管，是由绝缘栅型场效应管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）和双极型三极管（Bipolar JunctionTransistor，BJT）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）的高输入阻抗和电力晶体管（Giant Transistor，GTR）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了MOSFET以及GTR两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，在交直流变换、电能治理、变频器等行业具有广泛的应用。
目前市场上对于IGBT的驱动也是多种多样，IGBT驱动芯片M57962AL由于其应用电路简单、价格便宜在实际应用中得到广泛的使用，但在其保护环节，目前市面上大都只有以下两种方案：
① 在IGBT驱动芯片M57962AL的电压检测端添加单个二极管，这种方案的缺点是对IGBT的保护调节不灵活；
② 在IGBT驱动芯片M57962AL的电压检测端添加单个的二极管后，再串联电阻的方式，这种方案的缺点是驱动芯片的保护端容易受到干扰产生误保护。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，能够根据IGBT模块的不同参数进行灵活调节，驱动不同种类的IGBT的同时，还能保证电路的强力抗干扰性能。
本实用新型的目的是采用下述方案实现的：一种基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，包括PWM波信号输入模块、驱动信号推挽输出模块、IGBT保护模块、故障输出模块、驱动芯片供电控制模块，所述PWM波信号输入模块、IGBT保护模块、故障输出模块、驱动芯片供电控制模块均与驱动信号推挽输出模块连接，所述驱动信号推挽输出模块包括驱动芯片M57962AL、推挽放大器以及驱动电阻R6，所述驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端与PWM波信号输入模块的输出端连接，该驱动芯片M57962AL的驱动信号反向输入端与信号驱动电压VCC1连接；所述推挽放大器由NPN三极管Q2与PNP三极管Q3组成，所述NPN三极管Q2的发射极与PNP三极管Q3的发射极连接在驱动电阻R6的一端，该驱动电阻R6的另一端作为驱动信号推挽输出模块的输出端，用于连接IGBT的栅极；所述NPN三极管Q2、PNP三极管Q3的基极均与驱动芯片M57962AL的驱动信号输出端连接，所述NPN三极管Q2的集电极与正电源VCC2连接，所述PNP三极管Q3的集电极以及驱动芯片M57962AL的负电源输入端均与负电源VEE2连接，所述驱动芯片M57962AL的正电源输入端与正电源VCC2连接；
所述IGBT保护模块包括电容C1、电阻R7、二极管D3、二极管D4，所述电容C1的一端与驱动芯片M57962AL的故障检测信号反向输入端连接，所述电容C1的另一端与正电源VCC2连接；所述二极管D3的阳极与驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端连接，所述二极管D3的阴极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极用于与IGBT的漏极连接。
优选地，所述PWM波信号输入模块包括NPN型三极管Q1、电阻R1、电阻R3，所述NPN型三极管Q1的基极通过电阻R1接收PWM信号，所述NPN型三极管Q1的集电极作为PWM波信号输入模块的输出端与驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与数字地GND1连接，所述电阻R3连接在所述NPN型三极管Q1的基极与发射极之间。
优选地，所述故障输出模块包括光耦U1、电阻R2，电阻R4，所述光耦U1的正输入端通过电阻R4连接正电源VCC2，所述光耦U1的负输入端与驱动芯片M57962AL的故障信号输出端连接，所述电阻R2的一端连接信号驱动电压VCC1，所述电阻R2的另一端与光耦U1的第一输出端连接，所述光耦U1的第一输出端用于输出故障信号，所述光耦U1的第二输出端接数字地GND1。
优选地，所述驱动芯片供电控制模块设置在正电源VCC2与负电源VEE2之间，所述驱动芯片供电控制模块包括电容C2、电容C3、稳压二极管D1、电阻R5，所述稳压二极管D1的一端与驱动芯片M57962AL的芯片电源正极输入端连接，另一端通过电阻R5连接负电源VEE2，所述电阻R5与稳压二极管D1相连的一端接模拟地GND2，所述电容C2并联在稳压二极管D1的两端，所述电容C3并联在电阻R5的两端。
优选地，所述驱动信号推挽输出模块的输出端与模拟地GND2之间并联设置瞬态电压抑制二极管DR1以及电阻R8。
优选地，所述驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端与负电源输入端之间设有一稳压二极管D2。
优选地，所述二极管D3与二极管D4均采用反向恢复时间快速的肖特基二极管。
优选地，所述NPN三极管Q2为FZT651TA。
优选地，所述PNP三极管Q3为FZT751TA。
本实用新型的有益效果如下：
所述驱动信号推挽输出模块包括驱动芯片M57962AL、推挽放大器以及驱动电阻R6，所述驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端与PWM波信号输入模块的输出端连接，该驱动芯片M57962AL的驱动信号反向输入端与信号驱动电压VCC1连接；所述推挽放大器由NPN三极管Q2与PNP三极管Q3组成，所述NPN三极管Q2的发射极与PNP三极管Q3的发射极连接在驱动电阻R6的一端，该驱动电阻R6的另一端作为驱动信号推挽输出模块的输出端，用于连接IGBT的栅极；所述NPN三极管Q2、PNP三极管Q3的基极均与驱动芯片M57962AL的驱动信号输出端连接，所述NPN三极管Q2的集电极与正电源VCC2连接，所述PNP三极管Q3的集电极以及驱动芯片M57962AL的负电源输入端均与负电源VEE2连接，所述驱动芯片M57962AL的正电源输入端与正电源VCC2连接，能够驱动更大功率的IGBT，增大其应用范围。
所述IGBT保护模块包括电容C1、电阻R7、二极管D3、二极管D4，所述电容C1的一端与驱动芯片M57962AL的故障检测信号反向输入端连接，即将驱动芯片M57962AL的故障检测信号反向输入端作为退饱以及恢复时间调节端，所述电容C1的另一端与正电源VCC2连接；所述二极管D3的阳极与驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端连接，所述二极管D3的阴极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极用于与IGBT的漏极连接。由于不同的IGBT在导通时流过相同电流的电压VCE会有变化，采用上述GBT保护模块，只需根据具体的IGBT参数特性，改变电阻R7的阻值即可调整其保护过流值，更加灵活可靠。
优选地，所述PWM波信号输入模块包括NPN型三极管Q1、电阻R1、电阻R3，所述NPN型三极管Q1的基极通过电阻R1接收PWM信号，所述NPN型三极管Q1的集电极作为PWM波信号输入模块的输出端与驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与数字地GND1连接，所述电阻R3连接在所述NPN型三极管Q1的基极与发射极之间。所述PWM波信号输入模块的NPN型三极管Q1可增大PWM波的输出能力以驱动驱动芯片的输入端，减小提供PWM波信号的MCU的负荷。
优选地，所述故障输出模块包括光耦U1、电阻R2，电阻R4，所述光耦U1的正输入端通过电阻R4连接正电源VCC2，所述光耦U1的负输入端与驱动芯片M57962AL的故障信号输出端连接，所述电阻R2的一端连接信号驱动电压VCC1，所述电阻R2的另一端与光耦U1的第一输出端连接，所述光耦U1的第一输出端用于输出故障信号，所述光耦U1的第二输出端接数字地GND1。由上述故障输出模块采集故障信号输出到提供PWM波信号的MCU，再通过运算判断可以输出不同的PWM信号用以控制IGBT的通断。
优选地，所述驱动芯片供电控制模块设置在正电源VCC2与负电源VEE2之间，所述驱动芯片供电控制模块包括电容C2、电容C3、稳压二极管D1、电阻R5，所述稳压二极管D1的一端与驱动芯片M57962AL的芯片电源正极输入端连接，另一端通过电阻R5连接负电源VEE2，所述电阻R5与稳压二极管D1相连的一端接模拟地GND2，所述电容C2并联在稳压二极管D1的两端，所述电容C3并联在电阻R5的两端。通过稳压二极管加电阻的方式可只使用一路电源供电，减小了对电源供电的要求，有利于本实用新型在实际应用中的可适用性。
优选地，所述驱动信号推挽输出模块的输出端与模拟地GND2之间并联设置瞬态电压抑制二极管DR1以及电阻R8，即所述瞬态电压抑制二极管DR1与电阻R8的一端均与电阻R6连接，另一端均与模拟地GND2连接。该瞬态电压抑制二极管DR1可防止IGBT的栅极电压过高击穿IGBT，所述电阻R8可在静态时拉低IGBT的栅极电压，防止IGBT误导通。
优选地，所述驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端与负电源输入端之间设有一稳压二极管D2，即该稳压二极管D2的一端连接在二极管D3的阳极与驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端之间，另一端连接负电源VEE2。
本实用新型的优点在于以下三点：
⑴ 本实用新型结构简单，便于生产和维修，成本低廉，能够用于驱动大功率的IGBT，应用场所更加广泛；
⑵ 由于不同的IGBT在导通时流过相同电流的电压VCE会有变化，只需根据具体的IGBT参数特性，改变电阻R7的阻值即可调整其保护过流值，更加灵活可靠；
⑶ 采用双二极管加电阻的方式，避免了驱动芯片M57962AL第8引脚处的电压波动产生误报故障的情况，且适当调整电容C1的容值，可改变驱动芯片M57962AL的退饱和恢复时间，在故障来临时，能使IGBT的关断更加可靠，不易损坏。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，包括PWM波信号输入模块、驱动信号推挽输出模块、IGBT保护模块、故障输出模块、驱动芯片供电控制模块，所述PWM波信号输入模块、IGBT保护模块、故障输出模块、驱动芯片供电控制模块均与驱动信号推挽输出模块连接，所述驱动信号推挽输出模块包括驱动芯片M57962AL（即U2）、推挽放大器以及驱动电阻R6，所述驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端（即第13引脚）与PWM波信号输入模块的输出端连接，该驱动芯片M57962AL的驱动信号反向输入端（即第14引脚）与信号驱动电压VCC1连接；所述推挽放大器由NPN三极管Q2与PNP三极管Q3组成，所述NPN三极管Q2的发射极与PNP三极管Q3的发射极连接在驱动电阻R6的一端，该驱动电阻R6的另一端作为驱动信号推挽输出模块的输出端，用于连接IGBT的栅极；所述NPN三极管Q2、PNP三极管Q3的基极均与驱动芯片M57962AL的驱动信号输出端（即第5引脚）连接，所述NPN三极管Q2的集电极与正电源VCC2连接，所述PNP三极管Q3的集电极以及驱动芯片M57962AL的负电源输入端（即第6引脚）均与负电源VEE2连接，所述驱动芯片M57962AL的正电源输入端（即第4引脚）与正电源VCC2连接；
所述IGBT保护模块包括电容C1、电阻R7、二极管D3、二极管D4，所述电容C1的一端与驱动芯片M57962AL的故障检测信号反向输入端（即第2引脚）连接，即将驱动芯片M57962AL的故障检测信号反向输入端（即第2引脚）作为退饱以及恢复时间调节端，所述电容C1的另一端与正电源VCC2连接；所述二极管D3的阳极与驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端（即第1引脚）连接，所述二极管D3的阴极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极用于与IGBT的漏极连接。所述PWM波信号输入模块包括NPN型三极管Q1、电阻R1、电阻R3，所述NPN型三极管Q1的基极通过电阻R1接收PWM信号，所述NPN型三极管Q1的集电极作为PWM波信号输入模块的输出端与驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端（即第13引脚）连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与数字地GND1连接，所述电阻R3连接在所述NPN型三极管Q1的基极与发射极之间。所述故障输出模块包括光耦U1、电阻R2，电阻R4，所述光耦U1的正输入端通过电阻R4连接正电源VCC2，所述光耦U1的负输入端与驱动芯片M57962AL的故障信号输出端（即第8引脚）连接，所述电阻R2的一端连接信号驱动电压VCC1，所述电阻R2的另一端与光耦U1的第一输出端连接，所述光耦U1的第一输出端用于输出故障信号，所述光耦U1的第二输出端接数字地GND1。所述驱动芯片供电控制模块设置在正电源VCC2与负电源VEE2之间，所述驱动芯片供电控制模块包括电容C2、电容C3、稳压二极管D1、电阻R5，所述稳压二极管D1的一端与驱动芯片M57962AL的芯片电源正极输入端（即第4引脚）连接，所述稳压二极管D1的另一端通过电阻R5连接负电源VEE2，所述电阻R5与稳压二极管D1相连的一端接模拟地GND2，所述电容C2并联在稳压二极管D1的两端，所述电容C3并联在电阻R5的两端。所述驱动信号推挽输出模块的输出端与模拟地GND2之间并联设置瞬态电压抑制二极管DR1以及电阻R8。所述驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端（即第1引脚）与负电源输入端（即第6引脚）之间设有一稳压二极管D2。
采用英飞凌公司的FF22R12ME4作为本实施例的IGBT，其额定通流能力225A，耐压1200V，而NPN三极管Q2为FZT651TA，PNP三极管Q3为FZT751TA，二极管D3与二极管D4均采用反向恢复时间快速的肖特基二极管US1M，其最大反向恢复时间为70nS，信号驱动电压VCC1为+5V，正电源VCC2的电压为+24V，负电源VEE2的电压为-24V，将FF22R12ME4安装连接好后，该IGBT的栅极连接电阻R6，漏极连接二极管D4，源极连接模拟地GND2，本实施例的工作原理如下：
当IGBT导通时，流过IGBT的电流与电压UCE按一定曲线变化，驱动芯片M57962AL的第1引脚作为电压信号的检测端，当第1引脚上的电压值大于设定的阈值时，驱动芯片M57962AL会产生故障信号，使驱动芯片M57962AL的故障信号输出端发生高低电平变化。
通过实验检测发现，在温度不变的情况下，从驱动芯片M57962AL第1引脚流出的电流为一个恒定值，驱动芯片M57962AL第1引脚的检测电压由二极管D3、二极管D4的导通管压降、电阻R7的电压降以及IGBT导通时的电压UCE决定，则可知该驱动芯片M57962AL第1引脚的检测电压可以通过以下公式计算得到：
Udetect= UCE+ UVD3+ UVD4+I1×R7
式中，Udetect为驱动芯片M57962AL第1引脚的检测电压，UCE为IGBT导通时的电压，UVD3为二极管D3的导通管压降，UVD4为二极管D4的导通管压降，I1为驱动芯片M57962AL第1引脚流出的恒定电流值，R7为电阻R7的阻值。
由于本实施例所选的二极管D3和二极管D4相同，可设UVD3= UVD4= UVD，则上式可简化为Udetect= UCE+ UVD×2+I1×R7。利用IGBT的输出特性曲线可以确定该IGBT导通时的电压UCE以及二极管的管压降UVD。
由于驱动芯片M57962AL第1引脚的检测电压Udetect为一个恒定值，只有电阻R7的阻值可变，所以可通过调整电阻R7的阻值来匹配不同IGBT的保护阈值，极大地增加了该电路的可通用性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神的前提下，对本实用新型进行的改动均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，包括PWM波信号输入模块、驱动信号推挽输出模块、IGBT保护模块、故障输出模块、驱动芯片供电控制模块，所述PWM波信号输入模块、IGBT保护模块、故障输出模块、驱动芯片供电控制模块均与驱动信号推挽输出模块连接，其特征在于，所述驱动信号推挽输出模块包括驱动芯片M57962AL、推挽放大器以及驱动电阻R6，所述驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端与PWM波信号输入模块的输出端连接，该驱动芯片M57962AL的驱动信号反向输入端与信号驱动电压VCC1连接；所述推挽放大器由NPN三极管Q2与PNP三极管Q3组成，所述NPN三极管Q2的发射极与PNP三极管Q3的发射极连接在驱动电阻R6的一端，该驱动电阻R6的另一端作为驱动信号推挽输出模块的输出端，用于连接IGBT的栅极；所述NPN三极管Q2、PNP三极管Q3的基极均与驱动芯片M57962AL的驱动信号输出端连接，所述NPN三极管Q2的集电极与正电源VCC2连接，所述PNP三极管Q3的集电极以及驱动芯片M57962AL的负电源输入端均与负电源VEE2连接，所述驱动芯片M57962AL的正电源输入端与正电源VCC2连接；
所述IGBT保护模块包括电容C1、电阻R7、二极管D3、二极管D4，所述电容C1的一端与驱动芯片M57962AL的故障检测信号反向输入端连接，另一端与正电源VCC2连接；所述二极管D3的阳极与驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端连接，所述二极管D3的阴极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极用于与IGBT的漏极连接。
2.根据权利要求1所述基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述PWM波信号输入模块包括NPN型三极管Q1、电阻R1、电阻R3，所述NPN型三极管Q1的基极通过电阻R1接收PWM信号，所述NPN型三极管Q1的集电极作为PWM波信号输入模块的输出端与驱动芯片M57962AL的驱动信号正向输入端连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与数字地GND1连接，所述电阻R3连接在所述NPN型三极管Q1的基极与发射极之间。
3.根据权利要求1所述基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述故障输出模块包括光耦U1、电阻R2，电阻R4，所述光耦U1的正输入端通过电阻R4连接正电源VCC2，所述光耦U1的负输入端与驱动芯片M57962AL的故障信号输出端连接，所述电阻R2的一端连接信号驱动电压VCC1，另一端与光耦U1的第一输出端连接，所述光耦U1的第一输出端用于输出故障信号，所述光耦U1的第二输出端接数字地GND1。
4.根据权利要求1所述基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述驱动芯片供电控制模块设置在正电源VCC2与负电源VEE2之间，所述驱动芯片供电控制模块包括电容C2、电容C3、稳压二极管D1、电阻R5，所述稳压二极管D1的一端与驱动芯片M57962AL的芯片电源正极输入端连接，另一端通过电阻R5连接负电源VEE2，所述电阻R5与稳压二极管D1相连的一端接模拟地GND2，所述电容C2并联在稳压二极管D1的两端，所述电容C3并联在电阻R5的两端。
5.根据权利要求1所述的基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述驱动信号推挽输出模块的输出端与模拟地GND2之间并联设置瞬态电压抑制二极管DR1以及电阻R8。
6.根据权利要求1所述的基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述驱动芯片M57962AL的故障检测信号正向输入端与负电源输入端之间设有一稳压二极管D2。
7.根据权利要求1所述基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述二极管D3与二极管D4均采用反向恢复时间快速的肖特基二极管。
8.根据权利要求1所述基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述NPN三极管Q2为FZT651TA。
9.根据权利要求1所述基于M57962AL的IGBT驱动与保护电路，其特征在于，所述PNP三极管Q3为FZT751TA。
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