CN103825434B

CN103825434B - 一种igbt驱动电路

Info

Publication number: CN103825434B
Application number: CN201410105592.3A
Authority: CN
Inventors: 乔明; 齐钊; 白春蕾; 马金荣; 张晓菲; 张波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN103825434A

Abstract

本发明涉及集成电子电路技术，具体涉及一种用于IGBT的栅极驱动电路。本发明的IGBT驱动电路，包括光耦合器1、开关电路2和驱动保护电路3，所述光耦合器1分别与开关电路2和驱动保护电路3连接，所述开关电路2和驱动保护电路3连接，通过开关电路2控制光耦合器1与驱动电路的通断从而实现对IGBT的过流保护，由于电路中控制IGBT的网络上不存在电子元器件，因此其可靠性大大增强。本发明的有益效果为，有效降低了电路的复杂度，并提高了电路的可靠性和稳定性。本发明尤其适用于IGBT驱动电路。

Description

一种IGBT驱动电路

技术领域

本发明涉及集成电子电路技术，具体涉及一种用于IGBT的栅极驱动电路。

背景技术

随着电力电子技术的迅猛发展，IGBT因其容易被驱动，电流能力强，耐压高，速度快以及其低的饱和压降等特点被广泛用于各种电力电子***中。如变频电源，焊机，开关电源等。

IGBT虽然有着优越的性能，但仍需要外接电路对其进行驱动和保护。由于驱动IGBT所需的功率较大，因此，普通的驱动电路无法完成对它的驱动。所以需要设计出专门驱动IGBT模块的电路。由于IGBT的驱动电路性能以及其可靠性的好坏直接影响到电路***的性能与可靠性。因此，设计出高性能，安全可靠的IGBT驱动电路显得十分重要。

一般来说，IGBT的驱动方式主要分为两种，一种是直接驱动，另一种是隔离驱动。由于IGBT通常是工作在高电压，大电流的场合。而驱动IGBT主要是通过PWM(脉冲宽度调制)方式来实现。而PWM的产生***属于弱信号***，为了安全以及减低高压部分回路对弱信号电路的干扰，两者之间需要进行电气上的隔离。因此，隔离驱动体现出了更高的可靠性。

目前普遍的IGBT过流保护网络通常通过设计电阻与电容的充电延迟，从而实现IGBT软关断。这样就需要电路精确设计电容与电阻的值从而得到适当的关断时间，使得电路结构较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对目前IGBT驱动电路结构复杂的问题，提出一种结构简单、性能可靠的一种IGBT驱动电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：如图1所示，一种IGBT驱动电路，包括光耦合器1、开关电路2和驱动保护电路3，所述光耦合器1分别与开关电路2和驱动保护电路3连接，所述开关电路2和驱动保护电路3连接；所述开关电路2包括电阻R21、R23，NMOS管MN22；所述驱动保护电路3包括PMOS管MP301，NMOS管MN302，三极管NPN32，电阻R31、R34、R36、R38、R303、R306，二极管D35、D37、D304，电容C33、C39、C305；其中，

R21的一端、R31的一端、R34的一端、R38的一端、R306的一端、D37的正极、MP301的源极和衬底均接电源VDD；

R21的另一端分别与MN22的栅极、NPN32的集电极连接，MN22的源极和衬底与光耦合器1后级的集电极连接，MN22的漏极与R23的一端连接，R23的另一端分别与R31的另一端、MP301的栅极、MN302的栅极C33的一端连接；

R34的另一端与D35的负极和R36的一端连接，D35的正极与NPN32的基极连接，R36的另一端与R38的另一端和C39的一端连接；

MP301的漏极和MN302的漏极连接后通过R303与IGBT的栅极连接，IGBT的集电极与D37的负极连接，IGBT的发射极与R306的另一端、C305的一端、D304的负极、光耦合器1后级的阴极连接；

光耦合器1的后级的发射极、C33的另一端、NPN32的发射极、C39的另一端、MN302的源极和衬底、D304的正极、C305的另一端均接地GND。

具体的，驱动保护电路3还包括NMOS管MN40，MN40的漏极接电源VDD、栅极与MP301的漏极和MN302的漏极连接、源极和衬底与R31的另一端和MP301的栅极和MN302的栅极连接。

本发明的有益效果为，有效降低了电路的复杂度，并提高了电路的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为实施例1的IGBT驱动电路的原理图；

图2为实施例2的IGBT驱动电路的原理图；

图3为实施例1的IGBT驱动电路的仿真示意图；

图4为实施例2的IGBT驱动电路的仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

本发明的IGBT驱动电路，主要为通过反相器对IGBT的栅极进行驱动，通过利用IGBT短路时饱和电压上升的特点来控制光耦合器与驱动电路的通断，从而实现对IGBT过流保护。通过光耦合器实现了IGBT与前级弱信号***的电气隔离。通过开关MOS管控制光耦合器与驱动电路的通断从而实现对IGBT的过流保护，由于电路中控制IGBT的网络上不存在电子元器件，因此其可靠性大大增强。

实施例1：

如图1所示，本例包括光耦合器1、开关电路2和驱动保护电路3，所述光耦合器1分别与开关电路2和驱动保护电路3连接，所述开关电路2和驱动保护电路3连接；所述开关电路2包括电阻R21、R23，NMOS管MN22；所述驱动保护电路3包括PMOS管MP301，NMOS管MN302，三极管NPN32，电阻R31、R34、R36、R38、R303、R306，二极管D35、D37、D304，电容C33、C39、C305，其中，光耦合器1的型号为TLP550。TLP550的1、4、7号引脚为未连接引脚，2号引脚与3号引脚为光耦合器TLP550的前级，2号引脚为阳极，3号引脚为前级的阴极；5号引脚、6号引脚、8号引脚为光耦合器TLP550的后级，5号引脚为发射极，6号引脚为集电极，8号引脚为后级的阴极。

R21的另一端分别与MN22的栅极、NPN32的集电极连接，MN22的源极和衬底与光耦合器1的一个输入端连接，MN22的漏极与R23的一端连接，R23的另一端分别与R31的另一端、MP301的栅极、MN302的栅极C33的一端连接；

MP301的漏极和MN302的漏极连接后通过R303与IGBT的栅极连接，IGBT的集电极与D37的负极连接，IGBT的发射极与R306的另一端、C305的一端、D304的负极、光耦合器1的一个输出端连接；

光耦合器1的5脚另一个输出端、C33的另一端、NPN32的发射极、C39的另一端、MN302的源极和衬底、D304的正极、C305的另一端均接地GND。

本例的工作原理为：

IGBT的导通：当光耦合器1的2,3引脚上出现控制信号。此时光耦合器会导通，A点的电位会被迅速拉低。此时，反相器MP301导通，反相器MN302截止，这时会在IGBT的栅电极感应出20V的电压。由于D304会将IGBT的发射极电位稳压在5V左右，因此，IGBT的栅极电压实际上为15V。即IGBT导通。

IGBT的关断：当光耦合器1的2,3引脚上的控制信号消失，这时A点的电位会迅速被充至高电位，反相器MP301截止，反相器MN302导通，使得IGBT的栅极直接与GND相连。同样由于D304会将IGBT的发射极电位稳压在5V左右，此时IGBT的栅极电压实际上为-5V。由此来看IGBT能可靠关断。

如图3所示，为本例的仿真示意图，从仿真结果可以看出该电路能够为IGBT的栅极提供稳定的20V与0V的电压，从而能够控制IGBT的开关。

IGBT的过流保护：当IGBT处于开态的时候，B、C两点的电位稳定在9V左右，若在某一时刻发生短路，过流保护电路将会被触发。判别IGBT是否短路的方法是当IGBT发生短路后，其饱和电压会随之上升。当IGBT的饱和压降上升至使阻断D37截止时，R34所在的线路“浮空”，此时B、C点的电位会迅速升至击穿D35的击穿电压(约13V左右)。此时击穿D35发生击穿，NPN32导通。此时开关MN22的栅极电位会迅速降低至0电位，开关MN22关断。由于开关MN22的关断使得光耦合器与内部驱动电路彻底隔离。因此A点的电位会随驱动R31与驱动C33的充放电时间常数逐渐上升，逐步将反相器MP301截止，反相器MN302导通。从而实现IGBT的软关断。

实施例2：

如图2所示，与实施例1的主要差别在于此实例增加了反馈MN40，其接法是将反馈MN40的栅极与反相器的输出端(即反相器MP301的漏极)相接，其漏极接VDD，其源极与衬底相连后接反相器的输入端(即反相器MP301)的栅极)。

其具体实施方式与具体实施方式一基本相同，只是新增加的反馈MN40，会在高电平转变为低电平的时候开启一段时间以辅助A点电位的抬高。从而加速输出电位的下降，以达到使输出波形下降沿更为陡峭的目的。

为了更清楚的说明反馈MN40，对电路输出波形下降沿的影响，我们对带有反馈MN40，的电路结构进行了仿真。如图4所示，将图4中的反相器输出端波形与图3中相对比可以发现，在有反馈MN40，的情况下，波形的下降沿确实更为陡峭。

综上所述，本发明提出了一种新型IGBT驱动电路。此电路能通过隔离光耦感应控制信号并直接控制反相器输出高低电位来驱动IGBT，由于控制线路上没有其他电子元器件的参与，因此可靠性大大增强。在过流保护方面，新型电路中是通过使用开关MOS管控制光耦合器与驱动电路间的通断，且开关MOS管只在IGBT发生短路时断开，因此当IGBT发生短路时能够可靠关断。

Claims

1.一种IGBT驱动电路，其特征在于，包括光耦合器(1)、开关电路(2)和驱动保护电路(3)，所述光耦合器(1)分别与开关电路(2)和驱动保护电路(3)连接，所述开关电路(2)和驱动保护电路(3)连接；所述开关电路(2)包括第一电阻R21、第二电阻R23，第一NMOS管MN22；所述驱动保护电路(3)包括PMOS管MP301，第二NMOS管MN302，三极管NPN32，第三电阻R31、第四电阻R34、第五电阻R36、第六电阻R38、第七电阻R303、第八电阻R306，第一二极管D35、第二二极管D37、第三二极管D304，第一电容C33、第二电容C39、第三电容C305；其中，

第一电阻R21的一端、第三电阻R31的一端、第四电阻R34的一端、第六电阻R38的一端、第八电阻R306的一端、第二二极管D37的正极、PMOS管MP301的源极和衬底均接电源VDD；

第一电阻R21的另一端分别与第一NMOS管MN22的栅极、三极管NPN32的集电极连接，第一NMOS管MN22的源极和衬底与光耦合器(1)后级的集电极连接，第一NMOS管MN22的漏极与第二电阻R23的一端连接，第二电阻R23的另一端分别与第三电阻R31的另一端、PMOS管MP301的栅极、第二NMOS管MN302的栅极和第一电容C33的一端连接；

第四电阻R34的另一端与第一二极管D35的负极和第五电阻R36的一端连接，第一二极管D35的正极与三极管NPN32的基极连接，第五电阻R36的另一端与第六电阻R38的另一端和第二电容C39的一端连接；

PMOS管MP301的漏极和第二NMOS管MN302的漏极连接后通过第七电阻R303与IGBT的门极连接，IGBT的集电极与第二二极管D37的负极连接，IGBT的发射极与第八电阻R306的另一端、第三电容C305的一端、第三二极管D304的负极、光耦合器(1)后级的阴极连接；

光耦合器(1)后级的发射极、第一电容C33的另一端、三极管NPN32的发射极、第二电容C39的另一端、第二NMOS管MN302的源极和衬底、第三二极管D304的正极、第三电容C305的另一端均接地GND。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动电路，其特征在于，驱动保护电路(3)还包括第三NMOS管MN40，第三NMOS管MN40的漏极接电源VDD、栅极与PMOS管MP301的漏极和第二NMOS管MN302的漏极连接、源极和衬底与第三电阻R31的另一端和PMOS管MP301的栅极和第二NMOS管MN302的栅极连接。