CN219627686U - 一种可控硅驱动电路及车载驱动器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种可控硅驱动电路及车载驱动器，所述可控硅驱动电路包括：控制单元，用于发出信号；逆变上桥供电单元，与所述控制单元连接；整流单元，与所述上桥供电单元连接，用于传输自举电压；PNP驱动单元，分别与所述整流单元和所述控制单元连接，用于传输所述自举电压或用于切断所述可控硅驱动电路，以停止自举电容的充电；可控硅驱动单元，与所述PNP驱动单元连接，用于通过所述自举电压和可控硅驱动使能信号驱动可控硅。本申请增加PNP驱动单元，在短时间给可控硅驱动脚供电并使其导通后，待正向电流大于维持电流后切断门极驱动供电，而不影响正常工作状态，从而节省变压器的一路供电绕组并减少相应的负载供应，使可控硅驱动电路更节能。

Description

一种可控硅驱动电路及车载驱动器

技术领域

本申请属于驱动电路技术领域，涉及一种驱动电路，特别是涉及一种可控硅驱动电路及车载驱动器。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展成熟，HVAC市场的不断拓宽，变频驱动器的应用越来越广泛，目前，在家用空调变频器上，上电浪涌电流抑制通常使用的都是继电器方案，而由于常规继电器的控制方式都是电磁式的，利用了电磁效应来控制机械触点达到通断目的，是一种物理性结构，但外部的机械震动幅度过大的话，会导致触点脱扣，从而产生拉弧和驱动器的异常故障，不适合应用在新能源驱动器上。

而可控硅的导通方式是通过载流子的迁移控制PN导通的，不是传统物理结构，不存在外部震动导致电气连接断开的现象，所以在很多新能源车载大功率驱动器上，可控硅常用于上电浪涌电流抑制回路。

由于可控硅本身的特性使能，导致驱动可控硅需要单独的一路隔离电源给门级驱动供电，这就需要变压器单独提供一路绕组，并保证足够的安规距离，这会导致PCB走线困难，占用空间大，产品性价比低等缺点。在202122744023.1专利内提供了一种新型驱动电路拓扑思路，通过逆变器的下桥导通给可控硅的门级驱动进行自举电路充电。但是这同样会带来一个问题，那就是可控硅在驱动器工作时一直在导通的状态，导致了不必要的功率损耗。同时加大了变压器和下桥的驱动电容的负荷，导致不必要能源浪费。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种可控硅驱动电路及车载驱动器，用于解决现有技术中可控硅在驱动器工作时一直在导通的状态导致不必要的功率损耗的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，第一方面，本申请提供一种可控硅驱动电路，所述可控硅驱动电路包括：控制单元，用于发出信号，所述信号包括上桥信号、下桥信号和可控硅驱动使能信号；逆变上桥供电单元，与所述控制单元连接，用于根据所述上桥信号和所述下桥信号进行电流路径切换，并根据切换的电流路径进行自举电容的充电或输出自举电压；整流单元，与所述上桥供电单元连接，用于传输所述自举电压；PNP驱动单元，分别与所述整流单元和所述控制单元连接，用于传输所述自举电压或用于切断所述可控硅驱动电路，以停止所述自举电容的充电；可控硅驱动单元，与所述PNP驱动单元连接，用于通过所述自举电压和可控硅驱动使能信号驱动可控硅。

本申请中，在可控硅驱动电路中新增了PNP驱动单元，在驱动器需要工作的时候，控制单元给予一个短时间的使能信号，让可控硅先行导通旁路掉上电浪涌抑制回路的限流电阻，在可控硅的正向导通大于维持电流后，此时控制单元再断开使能信号，以切断逆变上桥供电单元，以使驱动电路无需再额外一直维持可控硅的门级供电。

在第一方面的一种实现方式中，所述整流单元和所述PNP驱动单元之间还包括储能滤波单元；所述储能滤波单元连接到直流母线上，用于为所述可控硅驱动电路供电。

进一步地，所述储能滤波单元包括：充电限流电阻R1、储能电容C1和滤波电容C2；所述充电限流电阻R1的一端和所述整流单元连接，另一端分别和所述储能电容C1的一端和所述滤波电容C2的一端连接；所述储能电容C1的另一端和所述滤波电容C2的另一端共同连接至直流母线上。

本实现方式中，在可控硅驱动电路中加入储能滤波单元，以储存能量，在驱动电路运行中提供能量支持，以使所述可控硅驱动电路可靠性更高。

在第一方面的一种实现方式中，所述整流单元包括：整流二极管D1、整流二极管D2以及整流二极管D3；所述整流二极管D1、所述整流二极管D2以及所述整流二极管D3的阴极共同连接至所述储能滤波单元；所述整流二极管D1、所述整流二极管D2以及所述整流二极管D3的阳极分别与所述逆变上桥供电单元上桥驱动侧U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂连接。

在第一方面的一种实现方式中，所述PNP驱动单元包括：PNP三极管Q1、隔离光耦PC1、NPN三极管Q2；所述NPN三极管Q2的基极连接至所述控制单元，所述NPN三极管Q2的发射极接地，所述NPN三极管Q2的集电极与所述隔离光耦PC1连接，所述隔离光耦PC1还连接至所述PNP三极管Q1，所述PNP三极管Q1的基极与所述隔离光耦PC1连接，所述PNP三极管Q1的发射极与所述储能滤波单元连接，所述PNP三极管Q1的发射极连接至所述可控硅驱动单元。

进一步地，所述NPN三极管Q2用于接收所述控制单元发送的控制信号，以切断所述可控硅驱动电路；当所述可控硅正常启动后，所述控制单元发送控制信号，以停止所述自举电容的充电。

在第一方面的一种实现方式中，所述可控硅驱动单元包括：可控硅门级驱动单元以及可控硅单元；所述可控硅门级驱动单元分别与所述PNP驱动单元和所述可控硅单元连接；所述可控硅门级驱动单元包括：限流电阻R2、滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4；所述限流电阻R2的一端与所述PNP驱动单元连接，所述限流电阻R2的另一端分别与所述滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4连接，所述滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4并联且阳极连接至直流母线电压，阴极连接至所述可控硅单元。

进一步地，所述可控硅门极限流电阻包括单个电阻或者至少两个电阻经串联和/或并联后形成的等效电阻。

进一步地，所述可控硅单元包括：可控硅S1、隔离二极管D5、限流电阻R4和吸收电容C4；所述可控硅S1的阳极分别与直流母线进线端、隔离二极管D5的阳极连接，所述隔离二极管D5的阴极与所述限流电阻R4的一端连接，所述限流电阻R4的另一端与所述可控硅S1的阴极连接，所述限流电阻R4与所述吸收电容C4并联。

第二方面，本申请提供一种车载驱动器，所述车载驱动器包括本申请第一方面任一项所述的可控硅驱动电路。

如上所述，本申请所述的可控硅驱动电路及车载驱动器，具有以下有益效果：

第一、本申请提供了一种可控硅驱动电路，在电路中新增了PNP驱动单元，在驱动器需要工作的时候，控制单元给予一个短时间的使能信号，让可控硅先行导通旁路掉上电浪涌抑制回路的限流电阻，在可控硅的正向导通大于维持电流后，此时控制单元再断开使能信号，以切断逆变上桥供电单元，以使驱动电路无需再额外一直维持可控硅的门级供电。

第二、本申请的可控硅驱动电路及车载驱动器可以大大减少变压器和下桥驱动电容的负荷，从而使变压器和电容的选型做小，节省成本，同时，控制侧可以做到更低的功耗、节能。

附图说明

图1显示为本申请实施例所述的可控硅驱动电路的结构示意图。

图2显示为本申请实施例所述的储能滤波单元的电路示意图。

图3显示为本申请实施例所述的整流单元的电路示意图。

图4显示为本申请实施例所述的PNP驱动单元的电路示意图。

图5显示为本申请实施例所述的可控硅驱动单元的电路示意图。

标号说明

1 可控硅驱动电路

11 控制单元

12 逆变上桥供电单元

13 整流单元

14 PNP驱动单元

15 可控硅驱动单元

151 可控硅门级驱动单元

152 可控硅单元

16 储能滤波单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

针对现有技术中可控硅在驱动器工作时一直在导通的状态导致不必要的功率损耗的问题，本申请提供一种可控硅驱动电路及车载驱动器，可以有效的在可控硅成功驱动后切断供电回路，以使驱动电路无需再额外一直维持可控硅的门级供电，从而使变压器和电容的选型做小，节省成本。

以下将结合附图详细阐述本实施例的一种可控硅驱动电路及车载驱动器的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的可控硅驱动电路及车载驱动器。

请参阅图1，显示为本申请的可控硅驱动电路于一实施例中的结构原理图。如图1所示，一种可控硅驱动电路，其特征在于，可控硅驱动电路包括：控制单元11，用于发出信号，信号包括上桥信号、下桥信号和可控硅驱动使能信号；逆变上桥供电单元12，与控制单元11连接，用于根据上桥信号和下桥信号进行电流路径切换，并根据切换的电流路径进行自举电容的充电或输出自举电压；整流单元13，与逆变上桥供电单元12连接，用于传输自举电压；PNP驱动单元14，分别与整流单元13和控制单元11连接，用于传输自举电压或用于切断可控硅驱动电路，以停止自举电容的充电；可控硅驱动单元15，与PNP驱动单元14连接，用于通过自举电压和可控硅驱动使能信号驱动可控硅。

于一实施例中，控制单元11可以是DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)芯片、STM32(STMicroelectronics，意法半导体)芯片等单片机组成的控制单元。

本实施例中，在可控硅驱动电路中新增了PNP驱动单元14，在驱动器需要工作的时候，控制单元11给予一个短时间的使能信号，让可控硅先行导通旁路掉上电浪涌抑制回路的限流电阻，在可控硅的正向导通大于维持电流后，此时控制单元11再断开使能信号，以切断逆变上桥供电单元12，以使驱动电路无需再额外一直维持可控硅的门级供电。

具体地，逆变上桥供电单元12包括上桥驱动单元、下桥驱动单元、晶体管单元以及自举电路单元；其中，上桥驱动单元用于驱动上桥驱动信号，下桥驱动单元用于驱动下桥信号，晶体管单元用于根据上桥信号和下桥信号进行电流路径切换，自举电路单元用于根据切换的电流路径进行自举电容的充电或输出自举电压。上述逆变上桥供电单元的具体连接关系已公开，故在本文中不再一一赘述。

于一实施例中，本申请的可控硅驱动电路在整流单元13和PNP驱动单元14之间还包括储能滤波单元16；储能滤波单元16还与控制单元11，用于为可控硅驱动电路供电。

请参阅图2，显示为本申请的可控硅驱动电路中的储能滤波单元16的电路示意图。如图2所示，于一实施例中，储能滤波单元16包括：充电限流电阻R1、储能电容C1和滤波电容C2。

具体地，充电限流电阻R1的一端和整流单元13连接，另一端分别和储能电容C1的一端和滤波电容C2的一端连接；储能电容C1的另一端和滤波电容C2的另一端共同连接至直流母线上。

储能滤波单元16用于储存能量，在驱动电路运行中提供能量支持，以避免由于电路负载过大导致的供电不足，以使可控硅驱动电路可靠性更高。

请参阅图3，显示为本申请的可控硅驱动电路于一实施例中的整流单元13的电路示意图，如图3所示，于一实施例中，整流单元13包括：整流二极管D1、整流二极管D2以及整流二极管D3；整流二极管D1、整流二极管D2以及整流二极管D3的阴极共同连接至储能滤波单元；整流二极管D1、整流二极管D2以及整流二极管D3的阳极分别与逆变上桥供电单元上桥驱动侧U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂连接。

请参阅图4，显示为本申请的可控硅驱动电路于一实施例中的PNP驱动单元14的电路示意图，如图4所示，于一实施例中，PNP驱动单元包括：PNP三极管Q1、隔离光耦PC1、NPN三极管Q2；NPN三极管Q2的基极连接至控制单元，NPN三极管Q2的发射极接地，NPN三极管Q2的集电极与隔离光耦PC1连接，隔离光耦PC1还连接至PNP三极管Q1，PNP三极管Q1的基极与隔离光耦PC1连接，PNP三极管Q1的发射极与储能滤波单元连接，PNP三极管Q1的发射极连接至可控硅驱动单元。

具体地，PNP驱动单元14还包括限流电阻。其中，限流电阻R5一端分别与PNP三极管Q1的发射极及储能滤波单元16相连，限流电阻R5另外一端与PNP三极管Q1的基极及限流电阻R6的一端相连，限流电阻R6的另一端接到隔离光耦PC1输出端的集电极，隔离光耦PC1输出端的另一引脚接到直流母线上，隔离光耦PC1输入端的阳极接流电阻R7的一端，限流电阻R7的另一端接到+3.3V电源(同控制单元11的电源)，隔离光耦PC1输入端的阴极接NPN三极管Q2的集电极，NPN三极管Q2的发射极和限流电阻R8及滤波电容C5的一端相连一起接到GND，限流电阻R8及滤波电容C5的另一端相连接到限流电阻R9的一端，限流电阻R9的另一端接到控制单元11。

具体地，NPN三极管Q2用于接收控制单元发送的控制信号，以切断可控硅驱动电路；当可控硅正常启动后，控制单元发送控制信号，以停止自举电容的充电。

请参阅图5，显示为本申请的可控硅驱动电路于一实施例中的可控硅驱动单元15的电路示意图，如图5所示，可控硅驱动单元15包括：可控硅门级驱动单元151以及可控硅单元152；可控硅门级驱动单元151分别与PNP驱动单元14和可控硅单元152连接。

具体地，可控硅门级驱动单元151包括：限流电阻R2、滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4；限流电阻R2的一端与PNP驱动单元连接，限流电阻R2的另一端分别与滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4连接，滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4并联且阳极连接至直流母线电压，阴极连接至可控硅单元152。

具体地，可控硅门极驱动单元151的限流电阻包括单个电阻或者至少两个电阻经串联和/或并联后形成的等效电阻。

具体地，可控硅单元152包括：可控硅S1、隔离二极管D5、限流电阻R4和吸收电容C4；可控硅S1的阳极分别与直流母线进线端DC+IN、隔离二极管D5的阳极连接，隔离二极管D5的阴极与限流电阻R4的一端连接，限流电阻R4的另一端与可控硅S1的阴极连接，限流电阻R4与吸收电容C4并联，且共同连接至直流母线电压正极DC+。

具体地，结合图2至图5，可控硅驱动电路的工作原理如下：

用户启动可控硅驱动电路，可控硅驱动电路进入预充电模式；控制单元11输出PWM波，在逆变上桥供电单元12的晶体管单元进行充电，然后通过整流单元13向可控硅提供开通所需的电流，可控硅为正反馈器件，所以开通后只要DC+IN到DC+有维持电流存在，就不会断开，在可控硅正常启动后，控制单元11发送使能中断信号，以将自举电路单元隔离出可控硅驱动电路，以停止自举电容的充电。

具体地，于本实施例中，储能滤波单元16中，充电限流电阻R1可以取值为10Ω，储能电容C1取值为10uF，滤波电容C2取值为100nF，主要用来储存来自于逆变上桥供电的能量，防止因为驱动器开关频率的问题(上桥供电可能是自举回路充电)，影响给可控硅供电电压的稳定。

于本实施例中，PNP驱动单元14中，限流电阻R5、限流电阻R6可以分别取值为10KΩ和2KΩ，PNP三极管Q1选型为功率型2STN2540(通流能力可以达到5A，VBE电压最大1.3V，增益Hfe最小为50倍)，隔离光耦PC1选型为LTV-816S(CTR增益1.3-2.6，输出VCE饱和压降0.2Vmax)，15V-SCR取值15V，限流电阻R7取值300Ω，NPN三极管Q2选型KTC9013S(通流能力可以达到500mA，VCE饱和电压最大0.25V，增益Hfe最小为96倍)，限流电阻R9，限流电阻R8，滤波电容C5分别取值4.7KΩ、4.7KΩ、100nF。

从上可以得出隔离光耦PC1左侧导通电流IF＝(3.3-0.25)/300＝10mA，考虑到光耦的CTI，输出电流在13mA以内是处理饱和区的，可以当做开关状态使用，而PNP三极管Q1的驱动电流(光耦的输出负载电流)：IEC＝(15-1.3-0.2)/2＝6.75mA＜13mA，说明饱和工作条件是成立的。

同时考虑三极管最小增益为50，可以得出驱动能力可以达到300mA以上，足以驱动大部分可控硅器件。故本实施例可以实现只需要短时间给可控硅驱动脚供电，让其导通后，待正向驱动电流大于维持电流后切断门级驱动脚供电，而不影响正常工作状态，从而可以节省变压器的一路供电绕组以及减少其持续的负载供应(假定驱动电流200mA，电压15V，负载＝3W)，实施起来也比较方便，达到了优化设计，节能的目的。

上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。

本申请还提供一种车载驱动器，于一实施例中，车载驱动器包括如上任一项所述的可控硅驱动电路。

综上所述，第一方面，申请提供了一种可控硅驱动电路，在电路中新增了PNP驱动单元，在驱动器需要工作的时候，控制单元给予一个短时间的使能信号，让可控硅先行导通旁路掉上电浪涌抑制回路的限流电阻，在可控硅的正向导通大于维持电流后，此时控制单元再断开使能信号，以切断逆变上桥供电单元，以使驱动电路无需再额外一直维持可控硅的门级供电。第二方面，本申请的可控硅驱动电路及车载驱动器可以大大减少变压器和下桥驱动电容的负荷，从而使变压器和电容的选型做小，节省成本，同时，控制侧可以做到更低的功耗、节能。故，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可控硅驱动电路，其特征在于，所述可控硅驱动电路包括：

控制单元，用于发出信号，所述信号包括上桥信号、下桥信号和可控硅驱动使能信号；

逆变上桥供电单元，与所述控制单元连接，用于根据所述上桥信号和所述下桥信号进行电流路径切换，并根据切换的电流路径进行自举电容的充电或输出自举电压；

整流单元，与所述逆变上桥供电单元连接，用于传输所述自举电压；

PNP驱动单元，分别与所述整流单元和所述控制单元连接，用于传输所述自举电压或用于切断所述可控硅驱动电路，以停止所述自举电容的充电；

可控硅驱动单元，与所述PNP驱动单元连接，用于通过所述自举电压以及可控硅驱动使能信号驱动可控硅。

2.根据权利要求1所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述整流单元和所述PNP驱动单元之间还包括储能滤波单元；

所述储能滤波单元连接到直流母线上，用于为所述可控硅驱动电路供电。

3.根据权利要求2所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述储能滤波单元包括：充电限流电阻R1、储能电容C1和滤波电容C2；

所述充电限流电阻R1的一端和所述整流单元连接，另一端分别和所述储能电容C1的一端和所述滤波电容C2的一端连接；

所述储能电容C1的另一端和所述滤波电容C2的另一端共同连接至直流母线上。

4.根据权利要求2所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述整流单元包括：整流二极管D1、整流二极管D2以及整流二极管D3；

所述整流二极管D1、所述整流二极管D2以及所述整流二极管D3的阴极共同连接至所述储能滤波单元；

所述整流二极管D1、所述整流二极管D2以及所述整流二极管D3的阳极分别与所述逆变上桥供电单元上桥驱动侧U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂连接。

5.根据权利要求2所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述PNP驱动单元包括：PNP三极管Q1、隔离光耦PC1、NPN三极管Q2；

所述NPN三极管Q2的基极连接至所述控制单元，所述NPN三极管Q2的发射极接地，所述NPN三极管Q2的集电极与所述隔离光耦PC1连接，所述隔离光耦PC1还连接至所述PNP三极管Q1，所述PNP三极管Q1的基极与所述隔离光耦PC1连接，所述PNP三极管Q1的发射极与所述储能滤波单元连接，所述PNP三极管Q1的发射极连接至所述可控硅驱动单元。

6.根据权利要求5所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述NPN三极管Q2用于接收所述控制单元发送的控制信号，以切断所述可控硅驱动电路；

当所述可控硅正常启动后，所述控制单元发送控制信号，以停止所述自举电容的充电。

7.根据权利要求1所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述可控硅驱动单元包括：可控硅门级驱动单元以及可控硅单元；所述可控硅门级驱动单元分别与所述PNP驱动单元和所述可控硅单元连接；

所述可控硅门级驱动单元包括：限流电阻R2、滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4；所述限流电阻R2的一端与所述PNP驱动单元连接，所述限流电阻R2的另一端分别与所述滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4连接，所述滤波电容C3、下拉电阻R3、保护二极管D4并联且阳极连接至直流母线电压，阴极连接至所述可控硅单元。

8.根据权利要求7所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述可控硅门极限流电阻包括单个电阻或者至少两个电阻经串联和/或并联后形成的等效电阻。

9.根据权利要求7所述的可控硅驱动电路，其特征在于，所述可控硅单元包括：可控硅S1、隔离二极管D5、限流电阻R4和吸收电容C4；

所述可控硅S1的阳极分别与直流母线进线端、隔离二极管D5的阳极连接，所述隔离二极管D5的阴极与所述限流电阻R4的一端连接，所述限流电阻R4的另一端与所述可控硅S1的阴极连接，所述限流电阻R4与所述吸收电容C4并联。

10.一种车载驱动器，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的可控硅驱动电路。