一種應(yīng)用于igbt的高性能驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種針對(duì)于IGBT的驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、低功耗、高可靠性、保護(hù)功能齊全的驅(qū)動(dòng)電路。所述電路包括：?jiǎn)温肥┟芴赜|發(fā)緩沖器U1；雙通道門極驅(qū)動(dòng)光耦U2；場(chǎng)效應(yīng)管U3、U4；三極管Q1、Q2；二極管D1；齊納二極管D2；快速恢復(fù)二極管D3；瞬態(tài)抑制二極管D4，D5;雙向二極管D7；功率肖特基二極管D6、D8、D9；無(wú)極性電容C1、C2；極性電容C3、C4、C6；電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14；本實(shí)用新型的有益效果是：該實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)電路具有大電流的輸出能力，并且更換不同型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管(U3、U4)即可滿足大功率驅(qū)動(dòng)的需求，確保有足夠的電流吞吐能力，降低了開關(guān)損耗。
【專利說明】—種應(yīng)用于IGBT的高性能驅(qū)動(dòng)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型應(yīng)用于電力電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域，是一種針對(duì)于IGBT的驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、低功耗、高可靠性、保護(hù)功能齊全的驅(qū)動(dòng)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管IGBT是第三代電力電子器件，安全工作，它集功率晶體管GTR和功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有易于驅(qū)動(dòng)、峰值電流容量大、自關(guān)斷、開關(guān)頻率高(10-40 kHz)的特點(diǎn)，是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件，廣泛應(yīng)用于變頻電源、電機(jī)調(diào)速、UPS、光伏、風(fēng)力發(fā)電、逆變焊機(jī)等變流器裝置當(dāng)中，在這些裝置中，一般由IGBT組成功率單元，而驅(qū)動(dòng)電路是連接控制電路和功率單元的橋梁，它將裝置中的控制電路產(chǎn)生的數(shù)字PWM信號(hào)進(jìn)行隔離傳輸、電平轉(zhuǎn)換和功率放大，實(shí)現(xiàn)控制電路對(duì)功率單元的開通和關(guān)斷動(dòng)作的控制，從而實(shí)現(xiàn)裝置的功率變換功能。如果電力電子裝置比作是一個(gè)人，控制電路可以看作是大腦，功率單元看作是手和腳，驅(qū)動(dòng)電路就是連接大腦和手腳之間的脊椎和神經(jīng)。驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接關(guān)系到裝置能否正常工作，高性能的驅(qū)動(dòng)電路首先要保證IGBT安全可靠的開通和關(guān)斷，其次還要使開關(guān)管具有較小的損耗，最后要求具有全面的保護(hù)功能。
[0003]傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路存在以下問題:
[0004]1、驅(qū)動(dòng)能力小，驅(qū)動(dòng)器沒有足夠的瞬時(shí)電流吞吐能力，開通和關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng)導(dǎo)致開關(guān)損耗增大；
[0005]2、不能做到軌到軌輸出，不具有過欠壓保護(hù)、可擴(kuò)展性差，防直通的功能；
[0006]3、故障信號(hào)反饋延時(shí)短，控制器不容易捕捉導(dǎo)致封鎖PWM信號(hào)不及時(shí)，容易造成故障擴(kuò)大化；
[0007]4、不具備軟關(guān)斷功能，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，線路電感產(chǎn)生的頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓，威脅開關(guān)管的安全工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型就是針對(duì)傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路存在的缺點(diǎn)，研制了應(yīng)用于IGBT高性能的驅(qū)動(dòng)電路，它具有輸出電流大、軌到軌輸出功能、故障信號(hào)延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)、可調(diào)節(jié)的軟關(guān)斷功能、防直通功能、可擴(kuò)展性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:應(yīng)用于IGBT的聞性能驅(qū)動(dòng)電路，該電路包括:
[0010]單路施密特觸發(fā)緩沖器Ul ；
[0011]雙通道門極驅(qū)動(dòng)光耦U2 ；
[0012]場(chǎng)效應(yīng)管U3、U4;
[0013]三極管Q1、Q2;
[0014]二極管 Dl ；
[0015]齊納二極管D2;
[0016]快速恢復(fù)二極管D3;
[0017]瞬態(tài)抑制二極管D4，D5;
[0018]雙向二極管D7;
[0019]功率肖特基二極管D6、D8、D9 ;
[0020]無(wú)極性電容Cl、C2;
[0021]極性電容C3、C4、C6 ;
[0022]電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14 ;
[0023]Rl的一端、Cl的一端和Dl的陽(yáng)極共同連接到Ul的2腳，Rl的另一端、R5的一端、Cl的另一端和Ul的3腳共同連接到GNDl (公共端)，Dl的陰極、U1的5腳和C2的一端共同連接到5V，C2的另一端連接到GND1，Ul的4腳連接到R6的一端，R6的另一端連接到U2的3腳，U2的2腳和4腳共同連接到R5的另一端，U2的5腳、8腳、和Ql的發(fā)射極共同連接到GND1，U2的6腳、R2的一端和R3的一端共同連接到5V，U2的7腳、R3的另一端和R4的一端連接到一起，R4的另一端連接到Ql的基極，R2的另一端連接到Ql的集電極，U2的9腳和U4的I腳、2腳、3腳共同連接到-8.2V，U4的4腳連接到R8的一端，R8的另一端連接至IJ U2的11腳，U4的5腳、6腳、7腳和8腳共同連接到R12的一端，R12的另一端、Rll的一端、R13的一端、R14的一端、D6的陰極、D8的陽(yáng)極和D7的一端共同連接到IGBT的門極，Rll的另一端和U3的5腳、6腳、7腳、8腳相連接，D8的陰極與Q3的漏極相連接，D7的另一端、R14的另一端、Q3的源極和Q2的發(fā)射極共同連接到IGBT的發(fā)射極，R13的另一端連接到Q2的集電極，D6的陽(yáng)極連接到D5的陽(yáng)極，D5的陰極和D4的陽(yáng)極，D4的陰極與D3的陰極共同連接到IGBT的集電極，D3的陽(yáng)極與R9的一端連接，R9的另一端、D2的陰極、D9的陰極和C5的一端共同連接到U2的15腳，U2的16腳與C3的負(fù)極性端、C4的正極性端、C5的另一端、D2的陽(yáng)極、D9的陽(yáng)極共同連接到VEE(VEE與IGBT的發(fā)射極相連接)，U2的12腳連接到R7的一端，R7的另一端連接到U3的4腳，U3的I腳、2腳、3腳、C6的正極性端、U2的13腳和C3的正極性端共同連接到15V，C6的負(fù)極性端和C4的負(fù)極性端共同連接到-8.2V，U2的14腳連接到RlO的一端，RlO的另一端、Q2的基極和Q3的基極共同連接。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0025]1、該實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)電路具有大電流的輸出能力，并且更換不同型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管(U3、U4)即可滿足大功率驅(qū)動(dòng)的需求，確保有足夠的電流吞吐能力，降低了開關(guān)損耗；
[0026]2、能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌輸出，即滿電源幅度輸出，同時(shí)可以做到防直通，具備欠壓和過壓保護(hù)的功能；
[0027]3、故障信號(hào)延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)lms，便于控制器捕捉，在發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)保護(hù)進(jìn)而防止故障擴(kuò)大化；
[0028]5、具備軟關(guān)斷功能，并且可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)軟關(guān)斷的時(shí)間，能夠有效地抑制由電路中寄生電感產(chǎn)生的尖峰電壓，確保IGBT安全可靠的工作；
[0029]6、具有源鉗位功能，即鉗住IGBT的集電極電位，使其不要到達(dá)太高的水平，電壓尖峰太高，或者太陡，都會(huì)使IGBT受到威脅；
[0030]說明書附圖:
[0031]圖1為本實(shí)用新型聞性能驅(qū)動(dòng)電路原理不意圖。
[0032]圖2為本實(shí)用新型高性能驅(qū)動(dòng)電路輸出波形示意圖。
[0033]圖3為本實(shí)用新型高性能驅(qū)動(dòng)電路故障反饋延時(shí)時(shí)間示意圖。
[0034]圖4為本實(shí)用新型高性能驅(qū)動(dòng)電路軟關(guān)斷波形示意圖。
[0035]【具體實(shí)施方式】:
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0037]如圖1所示，本實(shí)用新型高性能驅(qū)動(dòng)電路原理示意圖，該電路包括:
[0038]單路施密特觸發(fā)緩沖器Ul ；
[0039]雙通道門極驅(qū)動(dòng)光耦U2 ；
[0040]場(chǎng)效應(yīng)管U3、U4;
[0041]三極管Q1、Q2;
[0042]二極管 Dl ；
[0043]齊納二極管D2 ；
[0044]快速恢復(fù)二極管D3 ；
[0045]瞬態(tài)抑制二極管D4，D5;
[0046]雙向二極管D7 ；
[0047]功率肖特基二極管D6、D8、D9 ;
[0048]無(wú)極性電容Cl、C2;
[0049]極性電容C3、C4、C6 ;
[0050]電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14 ;
[0051]Rl的一端、Cl的一端和Dl的陽(yáng)極共同連接到Ul的2腳，Rl的另一端、R5的一端、Cl的另一端和Ul的3腳共同連接到GNDl (公共端)，Dl的陰極、U1的5腳和C2的一端共同連接到5V，C2的另一端連接到GND1，Ul的4腳連接到R6的一端，R6的另一端連接到U2的3腳，U2的2腳和4腳共同連接到R5的另一端，U2的5腳、8腳、和Ql的發(fā)射極共同連接到GND1，U2的6腳、R2的一端和R3的一端共同連接到5V，U2的7腳、R3的另一端和R4的一端連接到一起，R4的另一端連接到Ql的基極，R2的另一端連接到Ql的集電極，U2的9腳和U4的I腳、2腳、3腳共同連接到-8.2V，U4的4腳連接到R8的一端，R8的另一端連接至IJ U2的11腳，U4的5腳、6腳、7腳和8腳共同連接到R12的一端，R12的另一端、Rll的一端、R13的一端、R14的一端、D6的陰極、D8的陽(yáng)極和D7的一端共同連接到IGBT的門極，Rll的另一端和U3的5腳、6腳、7腳、8腳相連接，D8的陰極與Q3的漏極相連接，D7的另一端、R14的另一端、Q3的源極和Q2的發(fā)射極共同連接到IGBT的發(fā)射極，R13的另一端連接到Q2的集電極，D6的陽(yáng)極連接到D5的陽(yáng)極，D5的陰極和D4的陽(yáng)極，D4的陰極與D3的陰極共同連接到IGBT的集電極，D3的陽(yáng)極與R9的一端連接，R9的另一端、D2的陰極、D9的陰極和C5的一端共同連接到U2的15腳，U2的16腳與C3的負(fù)極性端、C4的正極性端、C5的另一端、D2的陽(yáng)極、D9的陽(yáng)極共同連接到VEE(VEE與IGBT的發(fā)射極相連接)，U2的12腳連接到R7的一端，R7的另一端連接到U3的4腳，U3的I腳、2腳、3腳、C6的正極性端、U2的13腳和C3的正極性端共同連接到15V，C6的負(fù)極性端和C4的負(fù)極性端共同連接到-8.2V，U2的14腳連接到RlO的一端，RlO的另一端、Q2的基極和Q3的基極共同連接。
[0052]以70KW變流器為例，IGBT型號(hào)為300A/1200V，各個(gè)元件的參數(shù)如下:
[0053]Ul 型號(hào)為 SN74LVC1G17 ；
[0054]U2 型號(hào)為 ACPL-339J ；
[0055]U3、U4 型號(hào)分別為 Si7414DN、Si7415DN ；
[0056]Ql、Q2 型號(hào)分別為 MMBT3904、Si2308BD ；
[0057]Q3 型號(hào)為 BSP149 ；
[0058]Dl 的型號(hào)為 1N4148 ；
[0059]D2 型號(hào)為 ZMM12V ；
[0060]D3 型號(hào)為 SF1200 ；
[0061 ] D4 型號(hào)為 P6SMB600A ；
[0062]D5 型號(hào)為 P6SMB500A ；
[0063]D6 型號(hào)為 STPS160A ；
[0064]D7 型號(hào)為 P4SMA18CA ；
[0065]D8 型號(hào)為 BAT42W ；
[0066]D9 型號(hào)為 MBR0540 ；
[0067]C1、C2、C5 型號(hào)分別為 470pF/50V、0.luF/50VU00pF/50V ；
[0068]C3、C4、C6 型號(hào)為 10uF/50V ；
[0069]R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14 型號(hào)分別為 10K、2K、10K、2K、250歐姆、250歐姆、10歐姆、10歐姆、100歐姆、160歐姆、5歐姆、5歐姆、330歐姆、5.1K ；
[0070]其中R1、C1的作用是消除輸入信號(hào)的雜波；D2的作用是防止輸入信號(hào)電壓超過Ul正常工作電壓；ui的作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形；R5、R6、主要的作用是平衡正負(fù)兩端的阻抗；R2、R3、R4、Ql共同構(gòu)成故障反饋電路，當(dāng)U2給出故障信號(hào)時(shí)，給系統(tǒng)提供的故障信號(hào)是低電平；U2是驅(qū)動(dòng)光耦，一方面提供隔離驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面提供故障反饋和安全監(jiān)測(cè)信號(hào)；U3和U4構(gòu)成驅(qū)動(dòng)放大電路，保證有足夠的電流吞吐能力；Q2、R13、R10構(gòu)成軟關(guān)斷電路，軟關(guān)斷時(shí)間可通過調(diào)節(jié)RlO的阻值實(shí)現(xiàn)；D2和D9作用是保護(hù)U2的故障檢測(cè)引腳，保證其管腳電壓在一個(gè)合理的范圍內(nèi)；D8和Q3作用是防止IGBT在上電的過程中誤導(dǎo)通；R14和D7作用是提高IGBT柵極的抗干擾能力；D4、D5、D6構(gòu)成有源鉗位電路，目標(biāo)是鉗住IGBT的集電極電位，使其不要到達(dá)太高的水平，保證IGBT安全。
[0071]圖2本實(shí)用新型高性能驅(qū)動(dòng)電路輸出波形示意圖，正電壓和負(fù)電壓均在合理范圍內(nèi)，過低的正電壓會(huì)導(dǎo)致集電極和發(fā)射極的飽和壓降增大，進(jìn)而增加開通損耗，但正電壓不能超過20V，否則會(huì)擊穿IGBT門極，負(fù)電壓關(guān)斷IGBT可以防止發(fā)生誤導(dǎo)通；圖3為本實(shí)用新型高性能驅(qū)動(dòng)電路故障反饋信號(hào)示意圖，延時(shí)時(shí)間為1ms，在故障內(nèi)時(shí)間段輸入信號(hào)被視為無(wú)效。圖4為本實(shí)用新型高性能驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷波形示意圖，在發(fā)生故障時(shí)，保證IGBT安全可靠的關(guān)斷。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于IGBT的高性能驅(qū)動(dòng)電路，所述電路包括: 單路施密特觸發(fā)緩沖器Ul ； 雙通道門極驅(qū)動(dòng)光耦U2 ； 場(chǎng)效應(yīng)管U3、U4 ; 三極管Q1、Q2 ； 二極管Dl ； 齊納二極管D2 ； 快速恢復(fù)二極管D3 ； 瞬態(tài)抑制二極管D4，D5 ； 雙向二極管D7 ； 功率肖特基二極管D6、D8、D9 ; 無(wú)極性電容Cl、C2 ； 極性電容C3、C4、C6 ； 電阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R1、Rll、R12、R13、R14 ； 其特征在于: Rl的一端、Cl的一端和Dl的陽(yáng)極共同連接到Ul的2腳，Rl的另一端、R5的一端、Cl的另一端和Ul的3腳共同連接到GNDl公共端，Dl的陰極、Ul的5腳和C2的一端共同連接到5V，C2的另一端連接到GNDl，Ul的4腳連接到R6的一端，R6的另一端連接到U2的3腳，U2的2腳和4腳共同連接到R5的另一端，U2的5腳、8腳、和Ql的發(fā)射極共同連接到GNDI, U2的6腳、R2的一端和R3的一端共同連接到5V，U2的7腳、R3的另一端和R4的一端連接到一起，R4的另一端連接到Ql的基極，R2的另一端連接到Ql的集電極，U2的9腳和U4的I腳、2腳、3腳共同連接到-8.2V，U4的4腳連接到R8的一端，R8的另一端連接到U2的11腳，U4的5腳、6腳、7腳和8腳共同連接到R12的一端，R12的另一端、Rll的一端、R13的一端、R14的一端、D6的陰極、D8的陽(yáng)極和D7的一端共同連接到IGBT的門極，Rll的另一端和U3的5腳、6腳、7腳、8腳相連接，D8的陰極與Q3的漏極相連接，D7的另一端、R14的另一端、Q3的源極和Q2的發(fā)射極共同連接到IGBT的發(fā)射極，R13的另一端連接到Q2的集電極，D6的陽(yáng)極連接到D5的陽(yáng)極，D5的陰極和D4的陽(yáng)極，D4的陰極與D3的陰極共同連接到IGBT的集電極，D3的陽(yáng)極與R9的一端連接，R9的另一端、D2的陰極、D9的陰極和C5的一端共同連接到U2的15腳，U2的16腳與C3的負(fù)極性端、C4的正極性端、C5的另一端、D2的陽(yáng)極、D9的陽(yáng)極共同連接到VEE，所述VEE與IGBT的發(fā)射極相連接，U2的12腳連接到R7的一端，R7的另一端連接到U3的4腳，U3的I腳、2腳、3腳、C6的正極性端、U2的13腳和C3的正極性端共同連接到15V，C6的負(fù)極性端和C4的負(fù)極性端共同連接到-8.2V，U2的14腳連接到RlO的一端，RlO的另一端、Q2的基極和Q3的基極共同連接。
【文檔編號(hào)】H03K17/08GK204103880SQ201420397767
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】索紅亮, 婁麗麗 申請(qǐng)人:廊坊英博電氣有限公司, 北京英博電氣股份有限公司, 北京英博新能源有限公司