CN220822902U - 一种高压igbt驱动电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高压IGBT驱动电路及电子设备，所述驱动电路包括：控制模块，其与多个桥臂模块连接，用于向多个所述桥臂模块分别发送驱动信号；第一转换模块，其与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块发送的所述驱动信号，并转换所述驱动信号的电平；第一施密特模块，其与所述转换模块连接，用于接收所述第一转换模块转换后的所述驱动信号，并过滤所述驱动信号。本申请采用简化的分立器件搭建电平转换电路，简单可靠，成本低，交货期更有保障。通过采用转换模块驱动IGBT，解决了不同驱动信号电平需要转换的问题；通过采用施密特触发特性电路驱动IGBT，可以很好的滤除瞬时干扰带来的影响，解决了信号误触发问题。

Description

一种高压IGBT驱动电路及电子设备

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别涉及一种高压IGBT驱动电路及电子设备。

背景技术

纳秒级高压脉冲电场的生物医学应用是近年来新兴的交叉学科研究领域, 相比于微秒和毫秒级脉冲电场, 高压纳秒脉冲电场不仅能够导致细胞膜结构极化和介电击穿,产生膜电穿孔, 还可以穿透至细胞内部, 引发诸如细胞骨架解聚、胞内钙离子释放及线粒体膜电位耗散等细胞器生物电效应。

而高压脉冲电场刺激电路通常需要使用高压半导体开关产生脉冲信号，如何可靠、稳定的提供驱动信号很关键。目前在驱动电路中通常存在低压驱动信号和较高驱动电压信号之间电平切换的情况，以及信号干扰容易误触发的问题。

实用新型内容

针对上述技术问题，本申请实施例的目的在于提供一种高压IGBT驱动电路及电子设备，用于解决不同驱动信号电平如何切换的以及信号误触发的问题。

本申请实施例的目的在于提供一种高压IGBT驱动电路，所述驱动电路包括：

控制模块，其与多个桥臂模块连接，用于向多个所述桥臂模块分别发送驱动信号；

第一转换模块，其与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块发送的所述驱动信号，并转换所述驱动信号的电平；

第一施密特模块，其与所述转换模块连接，用于接收所述第一转换模块转换后的所述驱动信号，并过滤所述驱动信号；

隔离驱动模块，其设于所述第一施密特模块与所述桥臂模块之间，所述隔离驱动模块用于接收所述第一施密特模块过滤后的所述驱动信号，并将所述驱动信号转发给所述桥臂模块；

反馈模块，其与所述隔离驱动模块连接，用于将所述隔离驱动模块上的反馈信号转发给所述控制模块，以使得所述控制模块处理所述驱动信号。

作为一可选实施例，所述第一转换模块包括场效应管，所述场效应管的栅极与所述控制模块连接，其漏极与所述第一施密特模块连接以及通过第一电子件与第一电源端连接，其源极与接地端连接。

作为一可选实施例，所述第一施密特模块包括第一接收引脚，其与所述场效应管的漏极连接，用于接收所述第一转换模块转换后的所述驱动信号。

作为一可选实施例，所述隔离驱动模块包括第二接收引脚，其分别与所述第一施密特模块和第二电子件连接，所述第二电子件与接地端连接；

还包括MOD引脚，其分别与第三电子件和电容连接，所述第三电子件另一端分别与第四电子件和接地端连接，所述第四电子件与所述隔离驱动模块的TB引脚连接，所述电容的另一端与接地端连接。

作为一可选实施例，所述反馈模块包括：

第二转换模块，其与所述隔离驱动模块连接，用于接收所述隔离驱动模块上的反馈信号，并转换所述反馈信号的电平；

第二施密特模块，其设于所述第二转换模块与所述控制模块之间，用于过滤所述第二转换模块转换后的所述反馈信号，并转发给所述控制模块。

作为一可选实施例，所述第一施密特模块为反相施密特触发器，所述第二施密特模块为正相施密特触发器。

作为一可选实施例，所述第二转换模块包括三极管，所述三极管的基极通过第五电子件、第六电子件分别与所述隔离驱动模块、接地端连接，其集电极与所述第二施密特模块连接以及通过第七电子件与第二电源端连接，其发射极与接地端连接。

本申请实施例的目的还在于提供一种电子设备，所述电子设备包括如上述的高压IGBT驱动电路。

本申请实施例的有益效果在于：

本申请采用简化的分立器件搭建电平转换电路，简单可靠，成本低，交货期更有保障。通过采用转换模块驱动IGBT，解决了不同驱动信号电平需要转换的问题；通过采用施密特触发特性电路驱动IGBT，可以很好的滤除瞬时干扰带来的影响，解决了信号误触发问题。

附图说明

图1为本申请实施例的电路图。

附图标记：

100、控制模块；200、桥臂模块；300、第一转换模块；400、第一施密特模块；500、隔离驱动模块；610、第二转换模块；620、第二施密特模块。

具体实施方式

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。

单片机工作电压是3.3V，但是大功率IGBT驱动电压15V，而且高压开关很容易把串扰信号传递给单片机。传统的做法是使用升压脉冲变压器，体积大，成本高，对串扰没有滤除作用，由于触发信号脉冲宽度很窄是微妙级别，串扰信号会导致单片机死机或者误动作。

因此，本申请实施例的目的在于提供一种高压IGBT驱动电路，如图1所示，所述驱动电路包括控制模块100、桥臂模块200、第一转换模块300、第一施密特模块400、隔离驱动模块500和反馈模块。

所述控制模块100与多个桥臂模块200连接，用于向多个所述桥臂模块200分别发送驱动信号。具体地，所述控制模块100采用型号为STM32FXX系列或PIC32MX3XX/4XX或RA6M5系列的芯片。本申请是一个全桥高压IGBT驱动电路，具有四个桥臂模块200，分别包括左臂上H1、左臂下H2、右臂上H3、右臂下H4。

所述驱动信号包括INA1、INB1、INA2和INB2，其分别经过所述第一转换模块300、所述第一施密特模块400和所述隔离驱动模块500后传输至对应的左臂上H1、左臂下H2、右臂上H3和右臂下H4。

所述第一转换模块300与所述控制模块100连接，用于接收所述控制模块100发送的所述驱动信号，并转换所述驱动信号的电平。

作为一可选实施例，所述第一转换模块300包括场效应管，所述第一转换模块300采用型号为2N7002的N型的高速场效应管。所述场效应管的栅极与所述控制模块100连接，其漏极与所述第一施密特模块400连接以及通过第一电子件与第一电源端连接，其源极与接地端连接。

具体地，所述控制模块100在控制所述左臂上H1时，所述驱动信号INA1经过所述场效应管Q3转换为所述驱动信号INA1-1，此时所述第一电子件为R9；所述控制模块100在控制所述左臂下H2时，所述驱动信号INB1经过所述场效应管Q4转换为所述驱动信号INB1-1，此时所述第一电子件为R12。

所述控制模块100在控制所述右臂上H3时，所述驱动信号INA2经过所述场效应管Q7转换为所述驱动信号INA2-1，此时所述第一电子件为R21；所述控制模块100在控制所述右臂下H4时，所述驱动信号INB2经过所述场效应管Q8转换为所述驱动信号INB2-1，此时所述第一电子件为R24。

所述第一施密特模块400与所述转换模块连接，所述第一施密特模块400采用型号为CD40106B的芯片，用于接收所述第一转换模块300转换后的所述驱动信号，并过滤所述驱动信号。所述第一施密特模块400为反相施密特触发器。

作为一可选实施例，所述第一施密特模块400包括第一接收引脚，其与所述场效应管的漏极连接，用于接收所述第一转换模块300转换后的所述驱动信号。

具体地，所述第一接收引脚包括1号引脚和11号引脚，所述1号引脚用于接收所述驱动信号INA1-1（右半桥为INA2-1），所述11号引脚用于接收所述驱动信号INB1-1（右半桥为INB2-1）。

另外，所述第一施密特模块400的7号引脚连接接地端，其14号引脚与电压为15V的电源连接。

所述控制模块100在控制左半桥时，经过所述第一施密特模块400反相后，所述驱动信号INA1-1反相为所述驱动信号INA11，并通过2号引脚发送给所述隔离驱动模块500。所述驱动信号INB1-1反相为所述驱动信号INB11，并通过10号引脚发送给所述隔离驱动模块500。

所述控制模块100在控制右半桥时，所述驱动信号INA2-1反相为所述驱动信号INA21，并通过2号引脚发送给所述隔离驱动模块500。所述驱动信号INB2-1反相为所述驱动信号INB21，并通过10号引脚发送给所述隔离驱动模块500。

所述隔离驱动模块500设于所述第一施密特模块400与所述桥臂模块200之间，所述隔离驱动模块500用于接收所述第一施密特模块400过滤后的所述驱动信号，并将所述驱动信号转发给所述桥臂模块200。所述隔离驱动模块500采用型号为2SC0635或2SC0535的芯片。

作为一可选实施例，所述隔离驱动模块500包括第二接收引脚，其分别与所述第一施密特模块400和第二电子件连接，所述第二电子件与接地端连接。

具体地，所述第二接收引脚包括8号引脚和9号引脚，其中，所述8号引脚用于接收所述驱动信号INA11（右半桥时为INA21），所述9号引脚用于接收所述驱动信号INB11（右半桥时为INB21）。

其中，所述控制模块100在控制左半桥时，与8号引脚连接的所述第二电子件为电阻R11（右半桥时为电阻R23），与9号引脚连接的所述第二电子件为电阻R10（右半桥时为电阻R22）。

另外，所述隔离驱动模块500的1号引脚和6号引脚与电压为15V的电源端连接，其7号引脚和10号引脚与接地端连接。

所述隔离驱动模块500还包括MOD引脚（即4号引脚），其分别与第三电子件和电容连接，所述第三电子件另一端分别与第四电子件和接地端连接，所述第四电子件与所述隔离驱动模块500的TB引脚（即5号引脚）连接，所述电容的另一端与接地端连接。其中，所述第三电子件为电阻R7（右半桥时为电阻R19），所述第四电子件为电阻R8（右半桥时为电阻R20），所述电容为电容C1（右半桥时为电容C2）。

反馈模块，其与所述隔离驱动模块500连接，用于将所述隔离驱动模块500上的反馈信号转发给所述控制模块100，以使得所述控制模块100处理所述驱动信号。具体地，所述反馈信号包括SOA1-1、SOB1-1、SOA2-1和SOB2-1。

其中，所述反馈信号SOA1-1（右半桥时为SOA2-1）与所述隔离驱动模块500的2号引脚连接；在另一些实施例中，所述反馈信号SOB1-1（右半桥时为SOB2-1）与所述隔离驱动模块500的3号引脚连接。

作为一可选实施例，所述反馈模块包括第二转换模块610，其与所述隔离驱动模块500连接，用于接收所述隔离驱动模块500上的反馈信号，并转换所述反馈信号的电平。所述第二转换模块610采用型号为S8050的NPN型三极管。

具体地，所述第二转换模块610包括三极管，所述三极管的基极通过第五电子件、第六电子件分别与所述隔离驱动模块500、接地端连接，其集电极与所述第二施密特模块620连接以及通过第七电子件与第二电源端连接，其发射极与接地端连接。其中，所述第二电源端的电压为3.3V。

其中，在反馈所述左臂上H1时，所述第五电子件为电阻R4，所述第六电子件为电阻R6，所述第七电子件为电阻R2。在反馈所述左臂下H2时，所述第五电子件为电阻R3，所述第六电子件为电阻R5，所述第七电子件为电阻R1。

在反馈所述右臂上H3时，所述第五电子件为电阻R16，所述第六电子件为电阻R18，所述第七电子件为电阻R14。在反馈所述右臂下H4时，所述第五电子件为电阻R15，所述第六电子件为电阻R17，所述第七电子件为电阻R13。

其中，所述反馈信号SOA1-1经过所述三极管Q2后转换为SOA1-2，所述反馈信号SOB1-1经过所述三极管Q3后转换为SOB1-2。在反馈右半桥时，所述反馈信号SOA2-1经过所述三极管Q6后转换为SOA2-2，所述反馈信号SOB2-1经过所述三极管Q5后转换为SOB2-2。

所述反馈模块还包括第二施密特模块620，所述第二施密特模块620采用型号为SN74LVC2G17的芯片。所述第二施密特模块620设于所述第二转换模块610与所述控制模块100之间，用于过滤所述第二转换模块610转换后的所述反馈信号，并转发给所述控制模块100。所述第二施密特模块620为正相施密特触发器。

其中，所述第二施密特模块620的1号引脚用于接收所述反馈信号SOA1-2（右半桥时为SOA2-2），其2号引脚用于接地，其3号引脚用于接收所述反馈信号SOB2-1（右半桥时为SOB2-2），其5号引脚用于与电压为3.3V的电源端连接，其4号引脚用于将经所述第二施密特模块620过滤后的所述驱动信号SOB1（右半桥时为SOB2）发送至所述控制模块100， 其6号引脚用于将经所述第二施密特模块620过滤后的所述驱动信号SOA1（右半桥时为SOA2）发送至所述控制模块100。

所述反馈信号SOA1-1、SOB1-1、SOA2-1和SOB2-1分别通过所述第二转换模块610和所述第二施密特模块620处理后传输至所述控制模块100，以使得所述控制模块100处理所述驱动信号。

如图1所示，以左半桥的电路为例，所述控制模块100向左臂上H1和左臂下H2发出高低信号互补的所述驱动信号INA1和所述驱动信号INB1，即所述驱动信号INA1高电平时，所述驱动信号INB1低电平；或者，所述驱动信号INA1低电平时，所述驱动信号INB1高电平。

其中所述驱动信号INA1经过所述场效应管Q3和限流电阻R9进行电平转换和反相，将最高不超过3.3V的所述驱动信号INA1，转换成最高不超过15V的所述驱动信号INA1-1。

此时，所述驱动信号INA1和所述驱动信号INA1-1的高低电压反相，然后所述驱动信号INA1-1再经过所述第一施密特模块400反相输出所述驱动信号INA11，以使电路中的干扰信号得到很好的处理，防止误触发和漏触发，又能够确保电压反相，使得所述控制模块100发出的所述驱动信号经过升压和施密特触发电路处理后仍然保持同相。电阻R11是所述驱动信号的下拉电阻，在所述驱动信号转化成低电平时，快速释放电容C1的电荷，可以让高电平更快的拉到低电平。电阻R7和电容C1共同作用使所述隔离驱动模块500处于半桥触发模式，电阻R8决定了IGBT的关断延时时间。

同理，所述驱动信号INB1经过所述场效应管Q4和限流电阻R12进行电平转换和反相，将最高不超过3.3V的所述驱动信号INA1，转换成最高不超过15V的所述驱动信号INB1-1。

此时，所述驱动信号INB1和所述驱动信号INB1-1的高低电压反相，然后所述驱动信号INB1-1再经过所述第一施密特模块400反相输出所述驱动信号INB11，以使电路中的干扰信号得到很好的处理，防止误触发和漏触发，又能够确保电压反相，使得所述控制模块100发出的所述驱动信号经过升压和施密特触发电路处理后仍然保持同相。电阻R10是所述驱动信号的下拉电阻，在所述驱动信号转化成低电平时，快速释放电容C2的电荷，可以让高电平更快的拉到低电平，再经过所述隔离驱动模块500将所述驱动信号传递给左臂上H1和左臂下H2。

同时，所述隔离驱动模块500也会把IGBT工作中出现的一些故障和错误信息的所述反馈信号SOA1-1和所述反馈信号SOB1-1进行输出，其中所述反馈信号SOA1-1再经过三极管Q2、电阻R2、电阻R4和电阻R6，将最高15V的所述反馈信号转化成最高3.3V的低压所述反馈信号SOA1-2，再经过所述第二施密特模块620处理形成所述反馈信号SOA1，并反馈给所述控制模块100处理，所述控制模块100处理和判断后进行相应的处理，如减小驱动信号或者关断驱动信号等。

其中，所述反馈信号SOB1-1再经过三极管Q1、电阻R1、电阻R3和电阻R5，将最高15V的所述反馈信号转化成最高3.3V的低压所述反馈信号SOB1-2，再经过所述第二施密特模块620处理形成所述反馈信号SOB1，并反馈给所述控制模块100处理，所述控制模块100处理和判断后进行相应的处理，如减小驱动信号或者关断驱动信号等。

如上原理，所述控制模块100发送驱动信号INA2、INB2，同时接受SOA2、SOB2信号，对右上臂H3和右下臂H4进行驱动和控制。

本申请实施例的目的还在于提供一种电子设备，所述电子设备包括如上任一实施例中的高压IGBT驱动电路。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高压IGBT驱动电路，其特征在于，包括：

控制模块，其与多个桥臂模块连接，用于向多个所述桥臂模块分别发送驱动信号；

第一转换模块，其与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块发送的所述驱动信号，并转换所述驱动信号的电平；

第一施密特模块，其与所述转换模块连接，用于接收所述第一转换模块转换后的所述驱动信号，并过滤所述驱动信号；

隔离驱动模块，其设于所述第一施密特模块与所述桥臂模块之间，所述隔离驱动模块用于接收所述第一施密特模块过滤后的所述驱动信号，并将所述驱动信号转发给所述桥臂模块；

反馈模块，其与所述隔离驱动模块连接，用于将所述隔离驱动模块上的反馈信号转发给所述控制模块，以使得所述控制模块处理所述驱动信号。

2.根据权利要求1所述的高压IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一转换模块包括场效应管，所述场效应管的栅极与所述控制模块连接，其漏极与所述第一施密特模块连接以及通过第一电子件与第一电源端连接，其源极与接地端连接。

3.根据权利要求2所述的高压IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一施密特模块包括第一接收引脚，其与所述场效应管的漏极连接，用于接收所述第一转换模块转换后的所述驱动信号。

4.根据权利要求1所述的高压IGBT驱动电路，其特征在于，所述隔离驱动模块包括第二接收引脚，其分别与所述第一施密特模块和第二电子件连接，所述第二电子件与接地端连接；

还包括MOD引脚，其分别与第三电子件和电容连接，所述第三电子件另一端分别与第四电子件和接地端连接，所述第四电子件与所述隔离驱动模块的TB引脚连接，所述电容的另一端与接地端连接。

5.根据权利要求1所述的高压IGBT驱动电路，其特征在于，所述反馈模块包括：

第二转换模块，其与所述隔离驱动模块连接，用于接收所述隔离驱动模块上的反馈信号，并转换所述反馈信号的电平；

第二施密特模块，其设于所述第二转换模块与所述控制模块之间，用于过滤所述第二转换模块转换后的所述反馈信号，并转发给所述控制模块。

6.根据权利要求5所述的高压IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一施密特模块为反相施密特触发器，所述第二施密特模块为正相施密特触发器。

7.根据权利要求5所述的高压IGBT驱动电路，其特征在于，所述第二转换模块包括三极管，所述三极管的基极通过第五电子件、第六电子件分别与所述隔离驱动模块、接地端连接，其集电极与所述第二施密特模块连接以及通过第七电子件与第二电源端连接，其发射极与接地端连接。

8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的高压IGBT驱动电路。