一种单管IGBT驱动电路[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 205544907 U(45)授权公告日 2016.08.31

(21)申请号 201620218488.X(22)申请日 2016.03.21

(73)专利权人 中国矿业大学

地址 221116 江苏省徐州市泉山区大学路1

号(72)发明人 丁建佳　孙帅　肖尊辉　孙艺杰　

孙铭　云阳　(51)Int.Cl.

H02M 1/092(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

CN 205544907 U(54)实用新型名称

一种单管IGBT驱动电路(57)摘要

本实用新型公开了一种单管IGBT驱动电路，

该电路由光纤接收与发涉及IGBT驱动设计领域。

送模块、IGBT驱动模块、过流检测模块、门极驱动与保护模块、隔离电源模块组成。所述电路由隔离电源供电，光纤接收控制器发送的PWM信号经驱动芯片产生驱动信号，驱动信号经过门极驱动与保护模块输送到IGBT的门极与发射集。IGBT集电极经过过流检测模块接到驱动芯片的故障检测端，通过芯片内部比较器和锁存器产生的故障信号经光纤发送器输入至控制器，同时故障信号接故障指示灯。优点是利用光纤和隔离电源作为隔离介质，提高了隔离电压等级；该驱动电路保护功能完善，可靠性高，成本低廉。

CN 205544907 U

权　利　要　求　书

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1.一种单管IGBT驱动电路，其特征在于：包括光纤接收与发送模块(1)、IGBT驱动模块(2)、过流检测模块(U8)、门极驱动与保护模块(U9)、隔离电源模块(U10)；所述电路由隔离电源模块(U10)供电，光纤接收器(U2)接收控制器发送的PWM信号经驱动模块(2)产生驱动信号，驱动信号经过门极驱动与保护模块(U9)输送到IGBT的门极，与发射集之间形成驱动电压，IGBT集电极经过过流检测模块(U8)接到驱动芯片的故障检测端，通过芯片内部比较器和锁存器产生的故障信号经光纤发送器(U1)输入至控制器，同时故障信号接故障指示灯，当产生故障时，红灯报警；

所述的光纤接收与发送模块(1)包含光纤接收器(U2)和光纤发送器(U1)，经过光纤连接，光纤接收器(U2)接收来自控制器输出的经过光电转换后的PWM光信号，经过接收器内部光电信号转换电路，又将光信号转换成电信号，输送到驱动芯片的输入引脚；光纤发送器(U1)接收驱动芯片反馈的故障信号，通过光电转换以及与控制器连接的光纤，将故障信号输送到控制器，封锁脉冲；所述的光纤发送器(U1)其1脚接稳压二极管DZ3的阳极，其2脚接公共地(GND)，3与4脚悬空，稳压二极管DZ3的阴极接电阻R4一端，电阻R4另一端接驱动芯片7脚，光纤接收器(U2)其1脚接驱动芯片4脚，其2脚接负电压VEE，其3脚接公共地(GND)，其4脚悬空，电容C9并联在光纤接收器的2/3脚之间，电阻R6并联在其1/3脚之间；

所述的IGBT驱动模块(2)为驱动芯片，选择的驱动芯片保护功能强大，内部包括限幅与取反模块(U4)、欠压锁定模块(U7)、推挽电路(U6)、故障检测(U5)、锁存器(U3)；限幅与取反模块(U4)保证低电平有效驱动信号输入；欠压锁定模块(U7)保证了在芯片供电不足时封锁输出信号；推挽电路(U6)使得芯片具有大高电流输出；故障检测引脚(U5)连接到IGBT集电极，当IGBT由于过流而导致VCE电压升高时，芯片内部比较器动作，产生的信号经过锁存器(U3)由故障输出脚输出；过流锁存信号、欠压锁定信号、输入信号经过逻辑电路和推挽电路(U6)输出高低驱动电平；所述驱动芯片1和6脚接正电压VCC，2脚接公共地(GND)，3脚接负电压VEE，4脚接光纤接收器1脚，5脚接电阻R1一端，7脚接电阻R4一端，同时接电阻R5一端，R5另一端接发光二极管LED一端，发光二极管另一端接公共地(GND)；

所述的过流检测模块(U8)包含电容C7、电阻R0、二极管D1/D2；所述电容C7一端接驱动芯片8脚，另一端接公共地(GND)；所述的电阻R0一端接驱动芯片8脚，另一端接二极管D1的阳极相连，二极管D1阴极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接IGBT的集电极；

所述的门极驱动与保护模块(U9)包含电阻R1/R2/R3、二极管D3、电容C8、稳压二极管DZ1/DZ2；所述电阻R1一端接驱动芯片5脚，另一端接IGBT门极，电阻R2一端接IGBT门极，另一端接二极管D3阳极，二极管D3阴极接驱动芯片5脚，电容C8一端接IGBT门极，另一端接IGBT发射极，电阻R3并联在电容C8两端，稳压二极管DZ1阳极接IGBT门极，阴极接稳压二极管DZ2阴极，稳压二极管DZ2阳极接IGBT发射极，IGBT发射极连接到公共地(GND)。

2.根据权利要求1所述的一种单管IGBT驱动电路，其特征在于：该IGBT驱动电路中采用隔离电源(U10)供电；外部12V直流电分别为隔离电源V1、V2供电，隔离电源V1输入端并联电容C1、C2，输出端并联电容C5、C6；隔离电源V2输入端并联电容C3、C4，输出端并联电容C10、C11；隔离电源V1的正极作为VCC，负极连接到隔离电源V2的正极，作为公共地(GND)，隔离电源V2的负极作为VEE，从而为驱动芯片提供+15V电压开通，-5V电压关断，使得IGBT的开通与关断更加安全、可靠。

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说　明　书一种单管IGBT驱动电路

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技术领域

[0001]本实用新型涉及IGBT驱动设计领域，尤其是涉及一种单管IGBT驱动电路。背景技术

[0002]绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是MOSFET管和双极晶体管的复合器件，其兼有MOSFET输入阻抗高，电压控制，驱动功率小，开关速度快，工作频率较高的优点，又具有电力三极管饱和压降低，电压、电流容量大，安全工作区宽的优点，因而IGBT广泛应用于变频器和开关电源等功率设备中。[0003]IGBT驱动技术是IGBT应用过程中的关键之一。IGBT驱动电路在应用过程中应具有足够的安全隔离电压，保证变流器控制回路和功率回路间的电气隔离。优良的IGBT驱动电路还应具有控制信号传输延时小，开通和关断时间可控，能够提供稳定的开通电压和驱动功率和自我保护等特点。

[0004]现有的IGBT驱动电路通常有以下几种：直接驱动型、光耦隔离型驱动电路、脉冲变压型驱动电路。直接驱动电路通常和外接光耦配合使用；光耦隔离驱动器解决了电压隔离、抗电磁干扰问题，简化了驱动电路设计，减轻了设备体积和重量，降低了成本，在应用中有一定优势，但光耦隔离的工作原理决定了其属于有源隔离，隔离输出端必须存在控制电源，通常还要加以放大等处理，这些弱电器件又存在和主电路共地的问题；高频变压器隔离是比较可靠的一种驱动方式,但其也有结构复杂、体积大、价格昂贵等缺点。[0005]鉴此，设计一款低成本，驱动方法简单，驱动性能好，输入输出时延小且可靠性高的IGBT驱动电路具有重要意义。

发明内容

[0006]本实用新型所要解决的技术问题是设计一种低成本，驱动方法简单，驱动性能好，输入输出时延小且可靠性高的高性价比的IGBT驱动电路。

[0007]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种单管IGBT驱动电路包括光纤接收与发送模块、IGBT驱动模块、过流检测模块、门极驱动与保护模块、隔离电源模块。所述的光纤发送器(U1)其1脚接稳压二极管DZ3的阳极，其2脚接公共地(GND)，3/4脚悬空；稳压二极管DZ3的阴极接电阻R4一端，电阻R4另一端接驱动芯片7脚。光纤接收器(U2)其1脚接驱动芯片4脚，其2脚接负电压VEE，其3脚接公共地(GND)，其4脚悬空。电容C9并联在光纤接收器的2/3脚之间，电阻R6并联在其1/3脚之间。所述驱动芯片1脚和6脚接正电压VCC，2脚接公共地(GND)，3脚接负电压VEE，4脚接光纤接收器1脚，5脚接电阻R1一端，7脚接电阻R4一端，同时接电阻R5一端，R5另一端接发光二极管LED一端，发光二极管另一端接公共地(GND)。所述的过流检测模块(U8)包含电容C7、电阻R0、二极管D1/D2。所述电容C7一端接驱动芯片8脚，另一端接公共地(GND)；所述的电阻R0一端接驱动芯片8脚，另一端接二极管D1的阳极相连；二极管D1阴极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接IGBT的集电极。所述的门极驱动与保护模块(U9)包含电阻R1/R2/R3、二极管D3、电容C8、稳压二极管DZ1/DZ2。所述电

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阻R1一端接驱动芯片5脚，另一端接IGBT门极；电阻R2一端接IGBT门极，另一端接二极管D3阳极；二极管D3阴极接驱动芯片5脚；电容C8一端接IGBT门极，另一端接IGBT发射极；电阻R3并联在电容C8两端；稳压二极管DZ1阳极接IGBT门极，阴极接稳压二极管DZ2阴极；稳压二极管DZ2阳极接IGBT发射极；IGBT发射极连接到公共地(GND)。

[0008]所述隔离电源模块由外部12V直流电分别为隔离电源V1、V2供电，隔离电源V1输入端并联电容C1、C2，输出端并联电容C5、C6；隔离电源V2输入端并联电容C3、C4，输出端并联电容C10、C11。隔离电源V1的正极作为VCC，负极连接到隔离电源V2的正极，作为公共地(GND)，隔离电源V2的负极作为VEE，从而为驱动芯片提供+15V电压开通，-5V电压关断，使得IGBT的开通与关断更加安全、可靠。[0009]与现有技术相比，本实用新型的优点在于：利用光纤和隔离电源作为隔离介质，提高了隔离电压等级；该驱动电路保护功能完善，可靠性高，成本低廉。附图说明

[0010]图1为本实用新型结构框图；[0011]图2为光纤发送与接收原理图。

[0012]图3为门极驱动与保护以及故障检测原理图。[0013]图4为隔离电源模块原理图。

具体实施方式

[0014]以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。[0015]如图1所示，一种单管IGBT驱动电路，包括光纤接收与发送模块(1)、IGBT驱动模块(2)、过流检测模块(U8)、门极驱动与保护模块(U9)、隔离电源模块(U10)。所述电路由隔离电源模块(U10)供电，光纤接收器(U2)接收控制器发送的PWM信号经驱动模块(2)产生驱动信号，驱动信号经过门极驱动与保护模块(U9)输送到IGBT的门极，与发射集之间形成驱动电压。IGBT集电极经过过流检测模块(U8)接到驱动芯片的故障检测端，通过芯片内部比较器和锁存器产生的故障信号经光纤发送器(U1)输入至控制器，同时故障信号接故障指示灯，当产生故障时，红灯报警。[0016]如图2所示，所述的光纤发送器(U1)采用HFBR1521，其1脚接稳压二极管DZ3的阳极，其2脚接公共地(GND)，3/4脚悬空；稳压二极管DZ3的阴极接电阻R4一端，电阻R4另一端接驱动芯片7脚。所述光纤接收器(U2)采用HFBR2521，其1脚接驱动芯片4脚，其2脚接负电压VEE，其3脚接公共地(GND)，其4脚悬空。电容C9并联在光纤接收器的2/3脚之间，电阻R6并联在其1/3脚之间。[0017]如图2、3所示，所述驱动芯片采用Motorola公司的MC33153驱动芯片。该芯片是一款高性价比的驱动芯片，保护功能完善，同时具有输出较大电流的特点。其1脚和6脚接正电压VCC，2脚接公共地(GND)，3脚接负电压VEE，4脚接光纤接收器1脚，5脚接电阻R1一端，7脚接电阻R4一端，同时接电阻R5一端，R5另一端接发光二极管LED一端，发光二极管另一端接公共地(GND)。

[0018]如图3所示，所述的过流检测模块(U8)包含电容C7、电阻R0、二极管D1/D2。所述电容C7一端接驱动芯片8脚，另一端接公共地(GND)；所述的电阻R0一端接驱动芯片8脚，另一

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端接二极管D1的阳极相连；二极管D1阴极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接IGBT的集电极。所述的门极驱动与保护模块(U9)包含电阻R1/R2/R3、二极管D3、电容C8、稳压二极管DZ1/DZ2。所述电阻R1一端接驱动芯片5脚，另一端接IGBT门极；电阻R2一端接IGBT门极，另一端接二极管D3阳极；二极管D3阴极接驱动芯片5脚；电容C8一端接IGBT门极，另一端接IGBT发射极；电阻R3并联在电容C8两端；稳压二极管DZ1阳极接IGBT门极，阴极接稳压二极管DZ2阴极；稳压二极管DZ2阳极接IGBT发射极；IGBT发射极连接到公共地(GND)。[0019]如图4所示，隔离电源V1、V2采用金升阳公司的B1215S和B1205S芯片。所述隔离电源模块由外部12V直流电分别为隔离电源V1、V2供电，隔离电源V1输入端并联电容C1、C2，输出端并联电容C5、C6；隔离电源V2输入端并联电容C3、C4，输出端并联电容C10、C11。隔离电源V1的正极作为VCC，负极连接到隔离电源V2的正极，作为公共地(GND)，隔离电源V2的负极作为VEE，从而为驱动芯片提供+15V电压开通，-5V电压关断，使得IGBT的开通与关断更加安全、可靠。

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说　明　书　附　图

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图1

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说　明　书　附　图

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图3

图4

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