一种正压开通负压关断的IGBT驱动电路的制作方法

一种正压开通负压关断的igbt驱动电路
技术领域
1.本发明属于igbt技术领域，涉及一种正压开通负压关断的igbt驱动电路。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor)，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，兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，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。
3.对于应用于中、大功率变换系统的igbt，驱动电路作为控制电路与功率电路的连接通道，在igbt的工作中起着关键性作用，一个好的驱动电路能让整个电路稳定可靠。igbt驱动电路将来自于主控板的控制信号经隔离转换放大为具有足够功率的驱动信号，以保证igbt的开通与关断。为了快速可靠开通与关断，常用正电压开通igbt，负电压关断igbt(使用负电压关断igbt，可以提高其关断速度，增强抗干扰能力，防止误触发)，但是传统的igbt驱动电路为实现以上功能一般采取以下三种途径：1、对驱动电路进行优化设计，但存在驱动电路复杂，功能利用率小，易受干扰误触发的缺陷；2、无需对现有驱动模块进行优化，直接加一路隔离电源模块，但其不具有负压关断的功能，大大影响igbt的开关速率，从而增加开关损耗，影响稳定性；3、无需对现有驱动模块进行优化，直接两路正负电源模块以提供正负压，但这样做产品设计受限于驱动模块比如输出功率以及电源模块的电压电流这些定型好规格参数，设计成本还大大的增加。
4.因此，提供一种电路结构简单、性能可靠、成本低廉、兼容性强、无需使用外部驱动模块以及独立隔离电源且能实现正压开通负压关断的igbt驱动电路极具现实意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的igbt驱动电路结构复杂、性能可靠性差、成本高昂、兼容性差且无法实现正压开通负压关断的缺陷，提供一种电路结构简单、性能可靠、成本低廉、兼容性强、无需使用外部驱动模块以及独立隔离电源且能实现正压开通负压关断的igbt驱动电路。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种正压开通负压关断的igbt驱动电路，包括电源电路和驱动电路；
8.所述电源电路包括方波发生电路、推挽变换电路、变压器和整流滤波电路，控制板电源为电源电路提供电源；
9.所述方波发生电路，用于产生方波信号驱动推挽变换电路；
10.所述推挽变换电路，用于根据方波信号交替导通，通过关断推挽开关管进而实现能量转换；
11.所述变压器，用于将能量由推挽变换电路传递至整流滤波电路，同时实现信号隔离；
12.所述整流滤波电路，用于对变压器传递来的能量进行整流滤波，产生正负稳定电源；
13.所述驱动电路，用于根据pwm信号对整流滤波电路产生的正负稳定电源进行选择进而提供控制igbt的驱动信号。
14.本发明的一种正压开通负压关断的igbt驱动电路，电路设计合理，由控制板电源为提供电源，无需额外加装隔离电源，整体结构简单，性能可靠，成本低廉，兼容性强，即可提供稳定的正压及负压，进而实现igbt的正压开通负压关断，极具现实意义。
15.作为优选的技术方案：
16.如上所述的一种正压开通负压关断的igbt驱动电路，所述方波发生电路包括振荡器，所述振荡器包括振荡器ic，振荡器ic的vref脚依次连有定时电阻r3和定时电容c4，振荡器ic的out脚与推挽变换电路连接，振荡器ic的rt/ct脚与定时电容c4连接。
17.如上所述的一种正压开通负压关断的igbt驱动电路，所述推挽变换电路包括开关管q1、开关管q2和电容c7；
18.所述开关管q1和开关管q2的控制端与振荡器ic的out脚连接；
19.所述开关管q1的输入端与控制板电源的火线连接，其输出端与开关管q2的输入端连接，开关管q2的输出端与控制板电源的地线连接，变压器的一线圈与电容c7串联后与开关管q2并联。
20.如上所述的一种正压开通负压关断的igbt驱动电路，所述整流滤波电路包括变压器的另一线圈及与其连接的多个电容；
21.所述变压器的另一线圈和与其连接的多个电容组成lc滤波电路。
22.如上所述的一种正压开通负压关断的igbt驱动电路，所述驱动电路包括隔离驱动光耦、开关管q3和开关管q4；
23.所述隔离驱动光耦一端与pwm信号连接，另一端与开关管q3和开关管q4连接，并通过开关管q3和开关管q4与igbt驱动信号输出g端连接，通过控制开关管q3和开关管q4为igbt驱动信号输出g端提供稳定的正负电压，进而实现igbt的正压开通负压关断。本发明的保护范围并不仅限于此，此处仅给出一种可行的技术方案而已，此外，针对具体的igbt驱动电路本发明仅对部分电路进行了文字表述。
24.有益效果：
25.(1)本发明的正压开通负压关断的igbt驱动电路，电路设计合理，由控制板电源为提供电源，无需额外加装隔离电源，整体结构简单，性能可靠，即可提供稳定的正压及负压，进而实现igbt的正压开通负压关断；
26.(2)本发明的正压开通负压关断的igbt驱动电路，相比于传统的igbt驱动电路，仅需增加振荡器芯片、阻容、开关管、变压器即可实现igbt的正压开通负压关断，成本极其低廉，改造成本及难度低，兼容性强，极具现实意义。
附图说明
27.图1为本发明的正压开通负压关断的igbt驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
28.下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.实施例1
31.一种正压开通负压关断的igbt驱动电路，如图1所示，图1中，pwm为控制板的控制信号，vcc、gnd与控制板的电源系统为同一个电源系统，具体分别为电源火线及电源地线，g、s为用于驱动igbt模块的igbt驱动信号；
32.正压开通负压关断的igbt驱动电路包括电源电路和驱动电路；
33.电源电路包括方波发生电路、推挽变换电路、变压器和整流滤波电路，控制板电源为电源电路提供电源；
34.方波发生电路，用于产生方波信号驱动推挽变换电路，包括振荡器，振荡器包括振荡器ic，振荡器ic的vref脚依次连有定时电阻r3和定时电容c4，振荡器ic的out脚与推挽变换电路连接，振荡器ic的rt/ct脚与定时电容c4连接；
35.推挽变换电路，用于根据方波信号交替导通，通过关断推挽开关管进而实现能量转换，包括开关管q1、开关管q2和电容c7，开关管q1和开关管q2的控制端与振荡器ic的out脚连接，开关管q1的输入端与控制板电源的火线连接，其输出端与开关管q2的输入端连接，开关管q2的输出端与控制板电源的地线连接，变压器的一线圈与电容c7串联后与开关管q2并联；
36.变压器，用于将能量由推挽变换电路传递至整流滤波电路；
37.整流滤波电路，用于对变压器传递来的能量进行整流滤波，产生正负稳定电源，包括变压器的另一线圈及与其连接的多个电容，变压器的另一线圈和与其连接的多个电容组成lc滤波电路；
38.驱动电路，用于根据pwm信号对整流滤波电路产生的正负稳定电源进行选择进而提供控制igbt的驱动信号，包括隔离驱动光耦、开关管q3和开关管q4，隔离驱动光耦一端与pwm信号连接，另一端与开关管q3和开关管q4连接，并通过开关管q3和开关管q4与igbt驱动信号输出g端连接，通过控制开关管q3和开关管q4为igbt驱动信号输出g端提供稳定的正负电压，进而实现igbt的正压开通负压关断。
39.正压开通负压关断的igbt驱动电路具体作业过程如下所述：
40.方波发生电路：采用振荡ic u1(uc2845)产生推挽驱动信号，u1的6(out)脚为脉冲输出口，u1内部振荡器的工作频率由外接阻容r3 c4决定，当上电后，vref通过r3电阻给c4充电，使4(rt/ct)脚电压上升，当电压上升到2.8v时，在振荡器内部，将定时电容c4上的电放掉，当电压下降到1.4v时，又给c4充电，这样就形成一个锯齿波振荡器，经过变换处理后，最终在6(out)脚输出一个频率为内部振荡频率一半的方波；
41.推挽变换电路、高频变压器：振荡器ic产生的方波信号，控制开关管q1、q2，当方波为高电平时，q1开通，vcc经过r1，变压器的初级线圈给电容c7充电，变压器的初级线圈的电
流由上而下，当方波为低电平时，q1关断，q2开通，电容c7通过变压器初级线圈，r6放电，变压器线圈电流由下而上，这样在变压器上就产生了交变电流从而可将能量传递到次级线圈；
42.整流滤波电路：有变压器t1初级线圈传递的能量，当t1的次级线圈上正下负时，电流从t1次级线圈的上端通过d1、c8、c11流到变压器t1次级线圈的下端，当t1的次级线圈下端为正时，电流通过d1给c1充电，所以这里c1、d1形成了倍压整流的电路，变压器的次级线圈l与c8、c9、c11、c12组成lc滤波电路，从而将+v整成相对于
‑
v的直流电压，稳压管d5将s点钳位于+v减去稳压电压的一个中间电压，此中间电压介于+v与
‑
v之间；
43.驱动电路：d4是防止干扰引起的误导通，当pwm为高电平时，光耦导通，光耦隔离端的上管开通，使得q3导通，+v通过q3与g端相连，使gs之间形成一个正电压。当pwm为低电平时，光耦隔离端的下管导通，使得q3关断，q4导通，
‑
v通过q4与g端相连，使gs之间形成一个负电压。
44.经验证，本发明的正压开通负压关断的igbt驱动电路，电路设计合理，由控制板电源为提供电源，无需额外加装隔离电源，整体结构简单，性能可靠，即可提供稳定的正压及负压，进而实现igbt的正压开通负压关断；相比于传统的igbt驱动电路，仅需增加振荡器芯片、阻容、开关管、变压器即可实现igbt的正压开通负压关断，成本极其低廉，改造成本及难度低，兼容性强，极具现实意义。
45.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，在不违背本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。