CN214751390U - 一种光电转换电路及igbt驱动板 - Google Patents

Abstract

一种光电转换电路及IGBT驱动板，光电转换电路包括：电源模块；电压采集单元，用于采集驱动电源的电压数据；电源监测模块，内置有内部比较压值，其输入端与电压采集单元连接；主驱动单元，具有输出端、与驱动电源连接的工作电压端、与电源监测模块输出端的输入端；主光电模块，具有与主驱动单元输出端连接的工作电压端、用于连接IGBT驱动板的电通讯端、以及用于连接通讯光纤的光通讯端。本实用新型实施例在驱动电源电压较低时，通过检测驱动电源的电压数据可以完成对驱动电源的关断以及对信号脉冲的封堵，有效的保证了IGBT驱动板的安全性，且在驱动电源电压正常时，通过主驱动单元和主光电模块可以保证IGBT驱动板稳定运行。

Description

一种光电转换电路及IGBT驱动板

技术领域

本实用新型属于光电通讯领域，具体涉及一种光电转换电路及IGBT驱动板。

背景技术

IGBT功率模块具备耐高压、低饱和压降等优点，因此在电力电子领域的应用十分广泛。而IGBT功率模块的工作主要靠IGBT驱动板辅助进行，且采用了IGBT 驱动板可以有效提高IGBT功率模块的性能和可靠性。传统的IGBT驱动板是直接使用电信号进行驱动，但是电信号在远距离传输时，衰减较为严重，因此传输距离容易受到限制，且电信号传输还容易受到外部信号的干扰。

因此，目前市面上针对电信号IGBT驱动板的问题，提出了光电转换的传输产品，这种产品在远距离传输时使用光信号进行传输，直到传输到IGBT驱动板的信号驱动脚前端前，再通过连接的光电转换模块实现光电转换，最终达到远距离传输驱动的目的。但是，目前市面的光电转换模块因为是采用驱动电源直接供电，所以电压较低时，无法封住IGBT驱动板的驱动信号脉冲，也无法关断驱动电源，进而容易导致整个IGBT功率模块运行不稳定。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种光电转换电路，所述光电转换电路解决了传统光电转换模块无法封住IGBT驱动信号脉冲且无法关断驱动电源的问题。本实用新型还提出了IGBT驱动板。

根据本实用新型第一方面实施例的光电转换电路，包括：

电源模块，与驱动电源连接；

电压采集单元，用于采集所述驱动电源的电压数据；

电源监测模块，内置有内部比较压值，其输入端与所述电压采集单元连接，用于比较所述电压数据和内部比较压值并输出驱动控制信号；

主驱动单元，具有输出端、与所述驱动电源连接的工作电压端、与所述电源监测模块输出端的输入端，用于在接收到所述驱动控制信号后输出驱动信号；

主光电模块，具有与所述主驱动单元输出端连接的工作电压端、用于连接 IGBT驱动板的电通讯端、以及用于连接通讯光纤的光通讯端，用于进行光信号和电信号的转换。

根据本实用新型实施例的光电转换电路，至少具有如下技术效果：通过电压采集单元可以采集驱动电源的电压数据，进而可以通过电源监测模块判断并输出高电平信号或低电平信号的驱动控制信号。通过主驱动单元可以输出驱动信号，以保证主光电模块可以正常工作或停止工作。相较于传统的光电转换模块，本实用新型实施例的光电转换电路在驱动电源电压较低时，通过检测驱动电源的电压数据可以完成对驱动电源的关断以及对信号脉冲的封堵，有效的保证了IGBT驱动板的安全性，且在驱动电源电压正常时，通过主驱动单元和主光电模块可以保证IGBT驱动板稳定运行。

根据本实用新型的一些实施例，所述电压采集单元采用分压式电压采集单元。

根据本实用新型的一些实施例，上述光电转换电路还包括与所述电压采集单元输出端连接的ESD保护电路。

根据本实用新型的一些实施例，所述电源监测模块采用MAX708ESA芯片，所述MAX708ESA芯片的电源失效监督输入端与所述电压采集单元输出端连接，电源失效监督输出端与所述主驱动单元输入端连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述主驱动单元包括：

三极管，基极与所述电源监测模块的输出端连接，发射极与基极之间串联有第一电阻；

MOS管，栅极与所述三极管的集电极连接，源极与所述驱动电源连接，源极与栅极之间连接有第二电阻，漏极与所述主光电模块的工作电压端连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述主驱动单元还包括连接在所述MOS管的源极和漏极之间的磁珠。

根据本实用新型的一些实施例，所述主光电模块包括：

光信号接收器，其光连接端与所述通讯光纤连接，电通讯端与所述IGBT驱动板的信号驱动脚连接；

上拉电阻，连接在所述主驱动单元的输出端与所述光信号接收器的电通讯端之间。

根据本实用新型的一些实施例，上述光电转换电路还包括与所述电源监测模块输出端连接的告警模块，所述告警模块用于输出光信号进行报警。

根据本实用新型的一些实施例，所述告警模块包括：

告警输入单元，其输入端与所述电源监测模块输出端连接，用于依据所述驱动控制信号调整并输出告警输出电压信号；

光信号驱动模块，其输入端与所述告警输入单元的输出端连接；

多个光信号发射器，分别与所述光信号驱动模块的多个输出端连接，用于发出光信号。

根据本实用新型的一些实施例，上述光电转换电路还包括连接在所述驱动电源与所述电源模块之间的电源隔离模块。

根据本实用新型第二方面实施例的IGBT驱动板，包括：

IGBT驱动板本体；

上述的光电转换电路，与所述IGBT驱动板本体的信号驱动脚连接。

根据本实用新型实施例的IGBT驱动板，至少具有如下技术效果：本实用新型实施例的IGBT驱动板通过在IGBT驱动板本体上增加光电转换电路，可以在驱动电源较低时，对驱动电源直接进行关断以及对IGBT信号脉冲进行封堵，极大的提高IGBT驱动板运行的安全性，且在驱动电源输出正常时，也能够保证IGBT 驱动板的正常工作。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的光电转换电路的***框图；

图2是本实用新型实施例的电压采集单元、电源监测模块和主驱动单元的电路原理图；

图3是本实用新型实施例的主光电模块的电路原理图；

图4是本实用新型实施例的告警模块的电路原理图。

附图标记：

电源模块100、

电压采集单元200、

电源监测模块300、

主驱动单元400、三极管410、MOS管420、

主光电模块500、光信号接收器510、上拉电阻520、

ESD保护电路600、

告警模块700、告警输入单元710、光信号驱动模块720、光信号发射器730、电源隔离模块800。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1至图4描述根据本实用新型实施例的光电转换电路。

根据本实用新型实施例的光电转换电路，包括：电源模块100、电压采集单元200、电源监测模块300、主驱动单元400主光电模块500。

电源模块100，与驱动电源连接；

电压采集单元200，用于采集驱动电源的电压数据；

电源监测模块300，内置有内部比较压值，其输入端与电压采集单元200 连接，用于比较电压数据和内部比较压值并输出驱动控制信号；

主驱动单元400，具有输出端、与驱动电源连接的工作电压端、与电源监测模块300输出端的输入端，用于在接收到驱动控制信号后输出驱动信号；

主光电模块500，具有与主驱动单元400输出端连接的工作电压端、用于连接IGBT驱动板的电通讯端、以及用于连接通讯光纤的光通讯端，用于进行光信号和电信号的转换。

参考图1至图4，电压采集单元200能够对驱动电源的电压数据进行准确采集，同时可以将电压数据控制在电源监测模块300能够检测的范围内，保证数据的有效。电源监测模块300本身内部会内置一个内部比较压值，在接收到电压采集单元200采集的电压数据后，便会比较电压数据和内部比较电压值的大小，当电压数据大于等于内部比较电压值时，电源监测模块300输出端输出的驱动控制信号会是高电平信号，进而可以通过高电平信号使能主驱动模块输出驱动信号15V_SIGNEL，并由驱动信号15V_SIGNEL来保证主光电模块500的正常工作；当电压数据小于内部比较电压值时，电源监测模块300的输出端输出驱动控制信号会是低电平信号，进而无法使能主驱动模块输出驱动信号，因此会直接让主光电模块500停止工作。主光电模块500在正常工作时，可以将通讯光纤中传输的光信号转换为电信号，并输出到IGBT驱动板的信号驱动脚，以完成对IGBT驱动板的驱动。

根据本实用新型实施例的光电转换电路，通过电压采集单元200可以采集驱动电源的电压数据，进而可以通过电源监测模块300判断并输出高电平信号或低电平信号的驱动控制信号。通过主驱动单元400可以输出驱动信号，以保证主光电模块500可以正常工作或停止工作。相较于传统的光电转换模块，本实用新型实施例的光电转换电路在驱动电源电压较低时，通过检测驱动电源的电压数据可以完成对驱动电源的关断以及对信号脉冲的封堵，有效的保证了IGBT驱动板的安全性，且在驱动电源电压正常时，通过主驱动单元400和主光电模块500 可以保证IGBT驱动板稳定运行。

在本实用新型的一些实施例中，电压采集单元200采用分压式电压采集单元200。参考图2，分压式电压采集单元200包括串联的电阻R16和电阻R22，串联之后一端连接驱动电源15V，另一端接地，从而可以在电阻R16和电阻R22 的连接点处输出分压之后的电压数据。通过调整电阻R16和电阻R22之间的比值便可以实现对电压数据的调整，以满足不同型号的电源监测模块300的需求。在本实用新型的一些实施例中，电源监测模块300采用MAX708ESA芯片时，电阻R16采用12.7K欧和电阻R22采用1.24K欧，可以保证采集的电压数据能够让 MAX708ESA芯片对驱动电源进行准确的监测和判断。

在本实用新型的一些实施例中，上述光电转换电路还包括与电压采集单元 200输出端连接的ESD保护电路600。参考图2，ESD保护电路600Z3包括串联在5V电压和地线之间的两个稳压二极管，两个稳压二极管的中间连接点连接在电压采集单元200的输出端上。ESD保护电路600Z3能够提供ESD保护。

在本实用新型的一些实施例中，电源监测模块300采用MAX708ESA芯片，MAX708ESA芯片的电源失效监督输入端PFI与电压采集单元200输出端连接，电源失效监督输出端PFO与主驱动单元400输入端连接。MAX708ESA芯片能够进行有效的电源监测，其本身内部具有1.25V的内部比较电压值，在电源失效监督输入端PFI输入的电压值高于1.25V时，才会从电源失效监督输出端PFO输出高电平信号，才能控制主驱动单元400发出驱动信号；反之，当电源失效监督输入端PFI输入的电压值低于1.25V时，则电源失效监督输出端PFO则会输出低电平信号，导致无法控制主驱动单元400输出驱动信号。进一步结合电压采集单元200，则需要对不同的驱动电源进行监测时，相应的调整电阻R16和电阻R22的比值即可。在本实用新型的一些实施例中，电压采集单元200的输出端和 MAX708ESA芯片的电源失效监督输入端PFI之间还会连接一个输入电阻R21，以保证输入的安全性。

在本实用新型的一些实施例中，参考图2，主驱动单元400包括：三极管 410、MOS管420。三极管410的基极与电源监测模块300的输出端连接，发射极与基极之间串联有第一电阻R24；MOS管420的栅极与三极管410的集电极连接，源极与驱动电源连接，源极与栅极之间连接有第二电阻R11，漏极与主光电模块500的工作电压端连接。为了保证最终驱动信号15V_SIGNEL输出的稳定，这里采用了MOS管420对驱动电源15V进行了开关控制，同时，进一步采用了三极管410来对MOS管420的通断进行控制。这里对主驱动单元400的工作过程进行一个简单说明：当电源监测模块300输出高电平信号时，三极管410的集电极和发射极导通，MOS管420的源极和栅极之间的电压Vgs为14.7V，MOS 管420的源极和漏极导通，驱动信号15V_SIGNEL有效，主光电模块500正常工作；当电源监测模块300输出低电平信号时，三极管410Q2的集电极和发射极关断，驱动信号15V_SIGNEL无效，主光电模块500停止工作。

在本实用新型的一些实施例中，主驱动单元400还包括连接在MOS管420 的源极和漏极之间的磁珠L5。参考图2，驱动信号15V_SIGNEL是以上拉的方式连接到主光电模块500的输出端上的，因此，在驱动信号15V_SIGNEL有效时，驱动电源15V如果存在杂波，可能会对主光电模块500输出的电信号产生干扰，进而可能会影响对IGBT驱动板的控制。而增加了磁珠L5，则可以对杂波起到极佳的抑制作用，保证主光电模块500输出的电信号的稳定性。

在本实用新型的一些实施例中，参考图3，主光电模块500包括：光信号接收器510、上拉电阻520。光信号接收器510的光连接端与通讯光纤连接，电通讯端与IGBT驱动板的信号驱动脚连接；上拉电阻520连接在主驱动单元400 的输出端与光信号接收器510的电通讯端之间。光信号接收器510可以接收通讯光纤发送的光信号，并将光信号转换为电信号输出到IGBT驱动板的信号驱动脚。为了保证输出的电信号的准确性，需要对光信号接收器510的输出端进行上拉处理，上拉倒驱动信号15V_SIGNEL即可，驱动信号15V_SIGNEL在正常工作时基本等同于驱动电源15V。在实际工程中，因为IGBT驱动板的驱动需求，这里会设置两个主光电模块500，两个光信号接收器510(U7、U8)分别通过上拉电阻 520(R13、R16)上拉倒15V。在本实用新型的一些实施例中，光信号接收器510(U7、 U8)与IGBT驱动板的信号驱动脚之间还会设置输入电阻R15、R20，以保证输入的安全性，光信号接收器510(U7、U8)的输出端都会设置滤波电容，进行最后一级滤波处理。在本实用新型的一些实施例中，光信号接收器510采用HFBR-2412 芯片，足以实现对光信号的转换。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1、图2、图4，上述光电转换电路还包括与电源监测模块300输出端连接的告警模块700，告警模块700用于输出光信号进行报警。在电源监测模块300输出端设置告警模块700，在驱动电源输出故障时，电源监测模块300输出低电平信号到告警模块700，此时，告警模块 700便会向远端发出光信号进行报警，这里考虑到与远端的距离，同样采用了光通信的结构将故障信号进行传输。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1、图2、图4，告警模块700包括：告警输入单元710、光信号驱动模块720、多个光信号发射器730。告警输入单元710，其输入端与电源监测模块300输出端连接，用于依据驱动控制信号调整并输出告警输出电压信号；光信号驱动模块720，其输入端与告警输入单元710 的输出端连接；多个光信号发射器730，分别与光信号驱动模块720的多个输出端连接，用于发出光信号。电源监测模块300输出端与告警输入单元710连接，进而让告警输入单元710可以实时根据电源监测模块300输出电平信号的变化来改变输出到光信号驱动模块720的信号。当电源监测模块300输出低电平时，光信号驱动模块720会发出告警信号，告警信号会通过光信号发射器730转换为光信号，并通过光纤传输到远端。在本实用新型的一些实施例中，告警输入单元 710采用SN55451芯片，光信号发射器730采用HFBR-1414芯片，足以满足告警检测和光信号输出的需求。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，上述光电转换电路还包括连接在驱动电源与电源模块100之间的电源隔离模块800。增加电源隔离模块800后，可以进一步保证驱动电源的稳定性和安全性。在本实用新型的一些实施例中，隔离电源具体型号为CUWF1215YMD。

在本实用新型的一些实施例中，电源模块100采用MC7805芯片，主要用于将15V驱动电源转换为5V工作电源，以保证整个光电转换电路中部分芯片的运行需求。

根据本实用新型第二方面实施例的IGBT驱动板，包括：IGBT驱动板本体、上述的光电转换电路。上述的光电转换电路与IGBT驱动板本体的信号驱动脚连接。

根据本实用新型实施例的IGBT驱动板，通过在IGBT驱动板本体上增加光电转换电路，可以在驱动电源较低时，对驱动电源直接进行关断以及对IGBT信号脉冲进行封堵，极大的提高IGBT驱动板运行的安全性，且在驱动电源输出正常时，也能够保证IGBT驱动板的正常工作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光电转换电路，应用于IGBT驱动板，其特征在于，包括：

电源模块(100)，与驱动电源连接；

电压采集单元(200)，用于采集所述驱动电源的电压数据；

电源监测模块(300)，内置有内部比较压值，其输入端与所述电压采集单元(200)连接，用于比较所述电压数据和内部比较压值并输出驱动控制信号；

主驱动单元(400)，具有输出端、与所述驱动电源连接的工作电压端、与所述电源监测模块(300)输出端的输入端，用于在接收到所述驱动控制信号后输出驱动信号；

主光电模块(500)，具有与所述主驱动单元(400)输出端连接的工作电压端、用于连接IGBT驱动板的电通讯端、以及用于连接通讯光纤的光通讯端，用于进行光信号和电信号的转换。

2.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，所述电压采集单元(200)采用分压式电压采集单元(200)。

3.根据权利要求2所述的光电转换电路，其特征在于，还包括与所述电压采集单元(200)输出端连接的ESD保护电路(600)。

4.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，所述电源监测模块(300)采用MAX708ESA芯片，所述MAX708ESA芯片的电源失效监督输入端与所述电压采集单元(200)输出端连接，电源失效监督输出端与所述主驱动单元(400)输入端连接。

5.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，所述主驱动单元(400)包括：

三极管(410)，基极与所述电源监测模块(300)的输出端连接，发射极与基极之间串联有第一电阻；

MOS管(420)，栅极与所述三极管(410)的集电极连接，源极与所述驱动电源连接，源极与栅极之间连接有第二电阻，漏极与所述主光电模块(500)的工作电压端连接。

6.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，所述主光电模块(500)包括：

光信号接收器(510)，其光连接端与所述通讯光纤连接，电通讯端与所述IGBT驱动板的信号驱动脚连接；

上拉电阻(520)，连接在所述主驱动单元(400)的输出端与所述光信号接收器(510)的电通讯端之间。

7.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，还包括与所述电源监测模块(300)输出端连接的告警模块(700)，所述告警模块(700)用于输出光信号进行报警。

8.根据权利要求7所述的光电转换电路，其特征在于，所述告警模块(700)包括：

告警输入单元(710)，其输入端与所述电源监测模块(300)输出端连接，用于依据所述驱动控制信号调整并输出告警输出电压信号；

光信号驱动模块(720)，其输入端与所述告警输入单元(710)的输出端连接；

多个光信号发射器(730)，分别与所述光信号驱动模块(720)的多个输出端连接，用于发出光信号。

9.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，还包括连接在所述驱动电源与所述电源模块(100)之间的电源隔离模块(800)。

10.一种IGBT驱动板，其特征在于，包括：

IGBT驱动板本体；

如权利要求1至9任一所述的光电转换电路，与所述IGBT驱动板本体的信号驱动脚连接。

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