单电源自举的IGBT驱动电路的制作方法

本实用新型涉及电力电子设备控制领域，更具体地说，涉及一种单电源自举的igbt驱动电路。

背景技术：

igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，其兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点，非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

在当下逆变器行业中，无负压驱动的igbt的米勒电容效应一直存在，如果不采取相应的措施，虽然短时间内不会带来致命的影响，但会增加igbt的损耗，缩短igbt的使用寿命，从而使得逆变器的使用效率降低、发热量增大，存在很大的安全隐患。

针对上述问题，目前逆变器行业常用的解决方案大致有以下三种：

(1)在igbt的门极g和射极e之间增加电容，虽然该方案可在一定程度上抑制米勒电流，但其增加了igbt的开关损耗；

(2)采用负压驱动，该方案的优点是通过负电压来安全关断igbt，抑制米勒效应，缺点是电路设计复杂，成本高，体积大，不适合中小功率逆变器的小型化和轻量化发展趋势；

(3)选用自带主动抑制米勒效应功能的驱动光耦，该方案的优点是控制可靠，缺点是成本很高，这种驱动光耦的价格是普通驱动光耦的5倍以上。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述igbt驱动电路中采用电容抑制米勒电容方案增加开关损耗，采用负压驱动方案电路复杂、成本高、体积大，以及采用自带主动一直米勒效应功能的驱动光耦成本高的问题，提供一种单电源自举的igbt驱动电路。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种单电源自举的igbt驱动电路，包括隔离驱动单元以及电荷泄放单元，所述隔离驱动单元包括用于连接驱动控制信号的两个第一端子、用于连接igbt的门极的第二端子，且所述隔离驱动单元在两个所述第一端子的电压差为第一电平时通过所述第二端子输出使所述igbt导通的信号、在两个所述第一端子的电压差为第二电平时通过所述第二端子输出使所述igbt截止的信号；所述电荷泄放单元包括开关管、用于连接所述igbt的门极的第三端子以及用于连接igbt的发射极的第四端子，所述开关管的两端分别连接所述第三端子和第四端子，且所述开关管在所述igbt截止时导通、在所述igbt导通时截止。

优选地，所述隔离驱动单元包括光耦和驱动电阻，所述光耦的原边包括第一引脚、第二引脚，所述第一引脚和第二引脚分别经由限流电阻连接到两个第一端子，且所述光耦的原边在两个所述第一端子的电压差为第一电平时导通；

所述光耦的副边包括第三引脚、第四引脚和第五引脚，所述第三引脚连接到供电电压，所述第四引脚和第五引脚在所述光耦的原边导通时分别与所述第三引脚导电连接、在所述光耦的原边截止时分别输出低电平；所述第四引脚经由所述驱动电阻连接到第二端子。

优选地，所述开关管为pnp三极管，且所述pnp三极管的发射极连接到所述第三端子，所述pnp三极管的集电极连接到所述第四端子；

所述光耦的副边的第四引脚与所述pnp三极管的基极之间连接有二极管，且所述二极管的阳极与所述第四引脚连接，所述二极管的阴极与所述pnp三极管的基极连接。

优选地，所述电荷泄放单元还包括基极电容，且所述基极电容的两端分别连接所述pnp三极管的基极和集电极。

优选地，所述电荷泄放单元还包括基极电阻，且所述pnp三极管的基极经由所述基极电阻与所述光耦的第四引脚连接。

优选地，所述igbt驱动电路还包括稳压二极管，且所述稳压二极管的两端分别连接所述电荷泄放单元的第三端子和第四端子。

优选地，所述光耦的第五引脚连接到所述电荷泄放单元的第四端子。

优选地，所述光耦的第三引脚和第五引脚之间并联连接有多个第一电容。

优选地，所述光耦的原边的第一引脚、第二引脚之间连接有第二电容。

实施本实用新型的单电源自举的igbt驱动电路具有以下有益效果：通过电荷泄放单元中的开关管实现igbt截止时的门极电荷泄放，电路结构简单、器件成本极低，实现了中小功率逆变器的igbt自举驱动电路的米勒效应主动抑制。本实用新型可将自举驱动电路应用于15kw及以下逆变器的igbt驱动中，保证产品可靠运行的同时，降低器件成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的单电源自举的igbt驱动电路的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的单电源自举的igbt驱动电路的示意图，该单电源自举的igbt驱动电路可应用于逆变器，并实现逆变器中igbt的驱动。本实用新型的单电源自举的igbt驱动电路包括隔离驱动单元11以及电荷泄放单元12，其通过隔离驱动单元11根据来自逆变器的控制系统的控制信号驱动igbtq1导通或截止，并通过电荷泄放单元12将igbtq1截止时的门极g的电荷。

隔离驱动单元11包括用于连接驱动控制信号(来自逆变器的控制系统)的两个第一端子、用于连接igbtq1的门极g的第二端子，且该隔离驱动单元11在两个第一端子的电压差为第一电平时通过第二端子输出使igbtq1导通的信号、在两个第一端子的电压差为第二电平时通过第二端子输出使igbtq1截止的信号，从而实现igbtq1的驱动控制，使igbtq1进行电压转换。

电荷泄放单元12包括开关管、用于连接igbtq1的门极g的第三端子以及用于连接igbtq1的集电极c的第四端子，上述开关管的两端分别连接第三端子和第四端子，且该开关管在igbtq1截止时导通、在igbtq1导通时截止，从而在igbtq1截止时将该igbtq1的门极g的电荷泄放到igbtq1的发射极。

上述单电源自举的igbt驱动电路，通过电荷泄放单元中的开关管实现igbt截止时的门极电荷泄放，电路结构简单、器件成本极低，实现了中小功率逆变器的igbt自举驱动电路的米勒效应主动抑制。本实用新型可将自举驱动电路应用于15kw及以下逆变器的igbt驱动中，保证产品可靠运行的同时，降低器件成本。

在本实用新型的一个实施例中，上述隔离驱动单元11包括光耦pc1和驱动电阻r4，其中光耦pc1的原边包括第一引脚a、第二引脚k，上述第一引脚a和第二引脚k分别经由限流电阻r1、r2连接到两个第一端子，且光耦pc1的原边在两个第一端子的电压差为第一电平时导通。具体地，上述第一电平可为高电平。并且，为避免干扰的影响，在第一引脚和第二引脚之间可连接一滤波电容c1，以提高控制精度。光耦pc1的副边包括第三引脚p、第四引脚o和第五引脚n，且第三引脚p连接到供电电压qvcc(供电电压qvcc可经由二极管d1及电阻r3连接到第三引脚)，第四引脚o和第五引脚n在光耦pc1的原边导通时分别与第三引脚p导电连接、在光耦pc1的原边截止时分别输出低电平；第四引脚o经由驱动电阻r4连接到第二端子(即连接到igbtq1的门极g)，以实现驱动电压输出。

上述隔离驱动单元11可将控制系统输出的电平信号的隔离输出，从而实现igbtq1的驱动控制。当然，在实际应用中，隔离驱动单元11也可采用其他现有的电路拓扑。

在本实用新型的另一实施例中，开关管可采用pnp三极管tr1，且pnp三极管tr1的发射极e连接到第三端子(即连接到igbtq1的门极g)、集电极c连接到第四端子(即连接到igbtq1的发射极e)；光耦pc1的副边的第四引脚o与pnp三极管tr1的基极b之间连接有二极管d2，且二极管d2阳极与第四引脚o连接、阴极与pnp三极管tr1的基极b连接。这样，在驱动电阻r4输出高电平时，igbtq1导通，pnp三极管tr1的发射极e和基极b都为高电平，从而pnp三极管tr1截止；在驱动电阻r4输出低电平时，若igbtq1的门极g存在电荷时，pnp三极管tr1的发射极e和基极b之间存在压差，从而pnp三极管tr1导通，实现电荷泄放。

优选地，上述电荷泄放单元12还包括基极电容c5、基极电阻r5，且该基极电容c5的两端分别连接pnp三极管tr1的基极b和集电极c，pnp三极管tr1的基极b经由基极电阻r5与光耦pc1的第四引脚o连接。

此外，上述单电源自举的igbt驱动电路还可包括稳压二极管zd1，且稳压二极管zd1的两端分别连接电荷泄放单元12的第三端子和第四端子。并且，pc1光耦的第五引脚n可连接到电荷泄放单元12的第四端子(即连接到igbtq1的发射极e)。光耦pc1的第三引脚p和第五引脚n之间可并联连接有多个第一电容c2、c3、c4，以实现储能及滤波。

具体地，在上述单电源自举的igbt驱动电路中，当控制系统发出igbt开通信号的高电平后，高电平送到光耦pc1的原边的第一引脚a和第二引脚k，光耦pc1的原边导通，驱动光耦pc1的副边的第四引脚o和第五引脚n输出不同的高电平，输出信号通过驱动电阻r4，直接作用到igbtq1的门极g和发射极e上，igbtq1导通；当控制系统发出igbt关断信号的低电平后，低电平送到光耦pc1的第一引脚a和第二引脚k，光耦pc1的原边截止，光耦pc1的副边的第四引脚o和第五引脚n输出低电平，输出信号通过驱动电阻r4，直接作用到igbtq1的门极g和发射极e上，igbtq1截止(即关断)。

在igbtq1关断且igbtq1的门极g存在电荷时，pnp三极管tr1处于导通状态，pnp三极管tr1和基极电容c5构成低内阻泄放电路，此时，若与igbtq1同相的另一桥臂的igbt处于开通状态，igbtq1的集电极c和发射极e之间产生很高的瞬态电压dv/dt，经igbtq1的米勒电容耦合而来的电荷，通过pnp三极管tr1迅速泄放到igbtq1的e极，有效抑制了无负压驱动igbt的米勒尖峰。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。