CN106452026A - 一种双隔离的igbt驱动电路及其实现方法 - Google Patents

一种双隔离的igbt驱动电路及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法。包括直流24V输入端、电磁隔离电路、控制信号输入端、光耦隔离电路、驱动控制电路、+15V输出电路、‑9V输出电路、IGBT，八个部分组成。所述24V输入端接外部24V直流电源；所述电磁隔离电路包括电源控制芯片及其辅助电路、高频变压器、整流电路，能够实现输入+24V，输出+15V和‑9V；所述光耦隔离电路实现控制信号与被控信号的光电隔离；所述驱动电路实现导通时IGBT控制电压为+15V，关断时为‑9V，提高***抗电磁干扰能力。本发明实现了信号与电气的双隔离，将光耦隔离用于高频信号，电磁隔离用于电气部分，经测试可以在150KHZ下稳定工作。

Description

一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法
技术领域
本发明涉及IGBT驱动控制电路，尤其设计一种双隔离，正负压输出的IGBT驱动控制电路及其实现方法。
背景技术
在现代电力电子技术领域，IGBT作为一种可控器件在数字电源领域得到广泛的应用。IGBT模块的导通和截止需要驱动控制电路来控制，现有驱动控制电路纯在如下四方面的缺陷：
一、成本高，集成的IGBT驱动模块虽然稳定，但成本较高。
二、分立器件构成的驱动控制电路体积大，稳定性差，受限于分立器件的特性，控制的开关频率不能太高。
三、隔离不够完全，有的仅仅实现了电气隔离，但并没有实现信号隔离。
四、IGBT驱动信号关断时为零电压，容易受到EMI干扰，引起误导通。
发明内容
本发明是要解决现有驱动控制电路成本高，体积大，稳定性差，隔离不够完全的缺陷，提出了一种双隔离正负压控制的IGBT驱动控制电路及其实现方法。
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案是设计一种双隔离的IGBT驱动控制电路，其包括：直流24V输入端(1)、电磁隔离电路(2)、控制信号输入端(3)、光耦隔离电路(4)、驱动控制电路(5)、+15V输出电路(6)、-9V输出电路(7)、IGBT(8)。其中直流24V输入端(1)用于接外部24V直流电源，因本发明主要应用于在逆变器，整流器中，24V电源极其常见故设计该端口从外部引入24V电源，尽量减小模块本身体积；电磁隔离电路(2)用于实现电磁隔离，同时实现电压变换，为后端驱动控制电路提供+15和-9V电压；控制信号输入端(3)为从单片机等微处理器引入的PWM控制信号，两路信号可以同时输入且互不干扰，分别为PWM1-1输入端口，该端口接光耦TLP350-1的K端口，第二路输入接光耦TLP350-2的K端口；光耦隔离电路(4)由两个光耦芯片构成，分别为TLP250-1，TLP250-2，该电路用于实现驱动信号与被控量之间的隔离；驱动控制电路(5)用于将驱动信号进行放大；+15V输出电路(6)、-9V输出电路(7)用于为后端的IGBT提供驱动电压。IGBT(8)为被驱动的IGBT开关管。
所述电磁隔离电路采用UC2844集成芯片构成正负电压的产生电路，变压器采用EP10磁芯绕制，初级侧14匝，次级侧16匝，绕制变压器时先绕初级侧再绕次级侧。次级侧多出两匝的目的是为了弥补次级侧绕组在外侧带来的磁通量损耗。变压器具备两路输出能力，可以驱动两路IGBT。电磁隔离电路的输入为直流24V，通过UC2844构建的电源电路，将其变换为两路隔离型输出，每一路正端电压为+15V，负端电压为-9V。
所述光耦隔离电路用于实现控制信号与被控信号的隔离。该电路含有两个光耦隔离芯片，可以提供两路IGBT的驱动电路。
所述驱动放大电路通过两个三极管的控制，实现光耦隔离电路输入电压为单片机的高电平时，输出可以达到+15V，当单片机控制信号为低电平时输出电压为-9V，提高IGBT的抗电磁干扰能力，避免因为电磁干扰产生的电压波动导致IGBT的误导通。
与现有技术相比，本发明实现电气隔离与控制信号隔离，体积较小，成本较低，采用导通时正电压输出，关断时负电压输出，提高了整个驱动控制电路的抗电磁干扰能力。经测试整个驱动控制电路的驱动频率可以达到150KHZ以上。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作出详细的说明，其中：
图1为本发明整体结构示意图
图2为本发明较佳实施例的电磁隔离电路图
图3为本发明较佳实施例的光耦隔离电路图
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参阅图1，一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法，包括直流24V输入端(1)、电磁隔离电路(2)、控制信号输入端(3)、光耦隔离电路(4)、驱动控制电路(5)、+15V输出电路(6)、-9V输出电路(7)、IGBT(8)。所述直流24V输入端(1)包括一个输入端口，该输入端口从外部接入一个24V直流电源；所述电磁隔离电路(2)包括UC2844控制芯片、高频变压器、及其辅助电路；所述控制信号输入端(3)包括两路控制信号输入端，单片机等微处理器出来的3.3V或5V PWM波从该端口输入，可以同时输入两路PWM信号且互不干扰；所述光耦隔离电路(4)为实现控制信号与被控信号的电气隔离；所述驱动控制电路(5)为光耦输出信号控制经电磁隔离电路输出的+15V和-9V信号，实现驱动IGBT电路的政府控制信号。其中TLP350-1光耦输出端VO经过三极管Q4，Q5构成的电路实现PWM1-1为高电平时PWM-1输出为+15V，PWM1-1位低电平时PWM-1为-9V，TLP350-2光耦输出端VO经过三极管Q6，Q7构成的电路实现PWM2-2为高电平时PWM-2输出为+15V，PWM2-2位低电平时PWM-2为-9V；所述+15V输出电路(6)为电磁隔离电路(2)中的高频变压器次级侧输出电压源正极；所述-9V输出电路(7)为为电磁隔离电路(2)中的高频变压器次级侧输出构成的电压源负极；所述IGBT(8)为被驱动的IGBT开关管。
所述直流24V输入端，板外供电电压直流24V。
所述电磁隔离电路，变压器采用EP10磁芯绕制，初级侧14匝，次级侧16匝，绕制变压器时先绕初级侧再绕次级侧。次级侧多出两匝的目的是为了弥补次级侧绕组在外侧带来的磁通量损耗。变压器初级输入端用电容隔离实现隔离直流量目的，次级侧也是用电容实现隔离直流量目的。参看图2所示，电磁隔离电路为直流24V供电，24V正极接Q2三极管的集电极，Q2的发射极接Q3的发射极，Q2两端并联二极管D6，Q3两端并联二极管D5，在Q2的发射极引出导线接电容C6，电容C6另一端接变压器初级侧正名端。变压器次级侧有两个绕组，第一个绕组正名端接电容C7，C7另一端接二极管D7正极，接D8负极，D8正极端接第一绕组非同名端，D7负极端接电容C8和二极管D9负极，C8另一端口接C9，C9另一端口接D8正极。在C8，C9中间引出导线接GND1，电阻R9接GND1和-9V1，D9负极接+15V1.第二次级绕组与第一次级绕组类似，不同点为正极端为+15V2，负极输出为-9V2。
所述控制信号输入端，该端口接单片机，DSP等微处理器的PWM信号输出端。
所述光耦隔离电路由两个TLP350芯片构成，其中TLP350-1的K端口为控制信号输入端，A端口经电阻R11，C13后接地，VCC端接+15V1，VEE接-9V1。TLP350-2的K端口为控制信号输入端，A端口经电阻R13，C16后接地。VCC端接+15V2，VEE接-9V2.
所述驱动控制电路由两个三极管构成，其中TLP350-1光耦输出端VO经过三极管Q4，Q5构成的电路实现PWM1-1为高电平时PWM-1输出为+15V，PWM1-1位低电平时PWM-1为-9V，TLP350-2光耦输出端VO经过三极管Q6，Q7构成的电路实现PWM2-2为高电平时PWM-2输出为+15V，PWM2-2位低电平时PWM-2为-9V。
所述+15V输出电路(6)为电磁隔离电路(2)中的高频变压器次级侧输出电压源正极。
所述-9V输出电路(7)为为电磁隔离电路(2)中的高频变压器次级侧输出构成的电压源负极。
所述IGBT(8)为被驱动的IGBT开关管。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的基本原理，本发明不受上述实施例的限制，在未脱离本发明的精神和范围的前提下，各种等效的变化和改进都要求落入本发明范围内，本发明要求保护的范围由所附的权利要求书界定。

Claims (5)

1.一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法，其特征在于：包括包括直流24V输入端、电磁隔离电路、控制信号输入端、光耦隔离电路、驱动控制电路、+15V输出电路、-9V输出电路、IGBT，其中电磁隔离电路用于实现电磁隔离，同时产生正+15V和-9V电压，光耦隔离电路用于实现驱动信号与被控量之间的隔离，驱动控制电路用于将驱动信号进行放大；所述电磁隔离电路采用UC2844集成芯片构成正负电压的产生电路，变压器具备两路输出能力，可以驱动两路IGBT。电磁隔离电路的输入为直流24V，通过UC2844构建的电源电路，将其变换为两路隔离型输出，每一路正端电压为+15V，负端电压为-9V。所述光耦隔离电路用于实现控制信号与被控信号的隔离。该电路含有两个光耦隔离芯片，可以提供两路IGBT的控制电路。所述驱动控制电路通过两个三极管的控制，实现光耦隔离电路输入电压为单片机的高电平时，输出可以达到+15V，当单片机控制信号为低电平时输出电压为-9V，提高IGBT的抗电磁干扰能力，避免因为电磁干扰产生的电压波动导致IGBT的误导通，控制信号频率可以在20KHZ到150KHZ下均可以稳定运行。
2.根据权利要求1所述的一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法，其特征在于：电源控制芯片将24V直流输入变换为高频交流信号，高频交流信号经高频变压器隔离，输出的高频信号传递到变压器副边绕组，副边绕组有两个，每一个副边绕组经过整流后变换为直流，以正电压为15V，负电压为-9V形式输出。
3.根据权利要求1所述的一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法，其特征在于：光耦隔离电路用于处理单片机的控制信号与被控信号间的隔离。
4.根据权利要求1所述的一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法，其特征在于：电磁隔离电路用于实现电磁隔离，隔离方法是将直流电压转换为高频交流电，高频交流电经过高频变压器隔离后，再整流，利用电容构建零电势点，使输出电压变为正负电压直流输出形式。
5.根据权利要求1所述的一种双隔离的IGBT驱动电路及其实现方法，其特征在于：驱动控制电路用两个三极管搭建半桥，实现导通时IGBT控制端为+15V，关断时IGBT控制端电压为-9V。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107863879A (zh) * 2017-12-05 2018-03-30 珠海格力电器股份有限公司 一种隔离供电控制装置和控制方法
CN108365744A (zh) * 2018-01-03 2018-08-03 浙江正泰电器股份有限公司 变频器的igbt驱动电路
CN110275467A (zh) * 2019-06-25 2019-09-24 江苏理工学院 基于电路物理参数检测的控制***
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