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一种IGBT驱动保护电路

阅读:873发布:2023-12-28

专利汇可以提供一种IGBT驱动保护电路专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种IGBT驱动保护 电路 ,包括:设置在输入 端子 与输出端子之间用于控制 上管 IGBT且依次连接的输入端子、上管短脉冲抑制电路、上管一阶电路、上管死区延时电路、上管钳位保护电路,以及控制 下管 IGBT且依次连接的下管短脉冲抑制电路、下管一阶电路、下管死区延时电路、下管钳位保护电路;本实用新型的IGBT驱动保护电路采用简单的 硬件 电路结构,抑制短脉冲,实现IGBT上、下管死区延时控制,并具有 二极管 钳位电路来抗干扰,不仅成本低,可靠性也高。,下面是一种IGBT驱动保护电路专利的具体信息内容。

1.一种IGBT驱动保护电路,其特征在于包括:
一输入端子(J1),该输入端子接收外部控制器输出的两路PWM信号,该两路PWM信号记为PWM-A、PWM-B;
上管短脉冲抑制电路(10),其输入端与输入端子(J1)的PWM-A信号端连接;
下管短脉冲抑制电路(20),其输入端与输入端子(J1)的PWM-B信号端连接;
一上管一阶电路(30),其连接在上管短脉冲抑制电路(10)输出端,用于提供时间常数t1;
一下管一阶电路(40),其连接在下管短脉冲抑制电路(20)输出端,用于提供时间常数t2;
一上管死区延时电路(50),其输入端连接在上管短脉冲抑制电路(10)输出端;
一下管死区延时电路(60),其输入端连接在连接在下管短脉冲抑制电路(20)输出端;
一上管钳位保护电路(70),其输入端连接在上管死区延时电路(50)的输出端;
一下管钳位保护电路(80),其输入端连接在下管死区延时电路(60)的输出端;
一输出端子(J2),该输出端子包括两路PWM信号端,分别为PWM1、PWM2,其中,PWM1信号端连接上管钳位保护电路(70),PWM2信号端连接下管钳位保护电路(80)。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述上管短脉冲抑制电路(10)包括第一电容(C1)、第一比较器(U1C)、第三电阻(R3)、第一二极管(D1);该第一电容(C1)一端连接PWM-A信号端,另一端接地;第三电阻(R3)和第一二极管(D1)串联在第一比较器(U1C)的正输入端与输出端之间,该第一比较器(U1C)的正输入端还与PWM-A信号端连接,该第一比较器(U1C)的负输入端为阈值电压输入端,该第一比较器(U1C)的输出端为上管短脉冲抑制电路(10)的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述下管短脉冲抑制电路(20)包括第二电容(C2)、第二比较器(U1B)、第四电阻(R4)、第二二极管(D2);该第二电容(C2)一端连接PWM-B信号端,另一端接地;第四电阻(R4)和第二二极管(D2)串联在第二比较器(U1B)的正输入端与输出端之间,该第二比较器(U1B)的正输入端还与PWM-B信号端连接,该第二比较器(U1B)的负输入端为阈值电压输入端,该第二比较器(U1B)的输出端为下管短脉冲抑制电路(20)的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述上管一阶电路(30)包括自电源输入端+VCC依次连接的第五电阻(R5)、第三电容(C3),第三电容(C3)接地,第五电阻(R5)和第三电容(C3)之间的连接点Q1与上管短脉冲抑制电路(10)输出端连接,时间常数t1等于第五电阻(R5)与第三电容(C3)的乘积。
5.根据权利要求4所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述上管死区延时电路(50)包括第三比较器(U1D)、第一施密特反相器(U2A)、第七电阻(R7)、第九电阻(R9);该第三比较器(U1D)电源输入为+VCC及地,第三比较器(U1D)的反向输入端与上管短脉冲抑制电路(10)输出端连接,其正向输入端为阈值电压VTH2输入端并依次串联第七电阻(R7)、第九电阻(R9)至+VCC,其输出端分别与第一施密特反相器(U2A)的输入端、第七电阻(R7)和第九电阻(R9)的连接点Q3连接,第一施密特反相器(U2A)的输出端为上管死区延时电路(50)的输出端;第三比较器(U1D)输出端翻转时间滞后于第三比较器(U1D)输入时间的差值为死区时间Td,Td与阈值电压VTH2的函数关系为VTH2=VCC*[1-exp(-Td/t1)]。
6.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述下管一阶电路(40)包括自电源输入端+VCC依次连接的第六电阻(R6)、第四电容(C4),第四电容(C4)接地,第六电阻(R6)和第四电容(C4)之间的连接点Q2与上管短脉冲抑制电路(10)输出端连接,时间常数t2等于第六电阻(R6)和第四电容(C4)的乘积。
7.根据权利要求6所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述下管死区延时电路(60)包括第四比较器(U1A)、第二施密特反相器(U2B)、第八电阻(R8)、第十电阻(R10);
该第四比较器(U1A)电源输入为+VCC及地,第四比较器(U1A)的反向输入端与下管短脉冲抑制电路(20)输出端连接,其正向输入端为阈值电压VTH2输入端并依次串联第八电阻(R8)、第十电阻(R10)至+VCC,其输出端分别与第二施密特反相器(U2B)的输入端、第八电阻(R8)和第十电阻(R10)的连接点Q4连接,第二施密特反相器(U2B)的输出端为下管死区延时电路(60)的输出端;第四比较器(U1A)输出端翻转时间滞后于第四比较器(U1A)输入时间的差值为死区时间Td,Td与阈值电压VTH2的函数关系为VTH2=VCC*[1-exp(-Td/t2)]。
8.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述上管钳位保护电路(70)包括自电源+VCC依次连接的第三二极管(D3)、第四二极管(D4),第四二极管(D4)接地,其第三二极管(D3)和第四二极管(D4)之间的连接点Q5连接在上管死区延时电路(50)的输出端;所述下管钳位保护电路(80)包括自电源+VCC依次连接的第五二极管(D5)、第六二极管(D6),第六二极管(D6)接地,其第五二极管(D5)、第六二极管(D6)之间的连接点Q6连接在下管死区延时电路(60)的输出端。
9.根据权利要求2所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:第一比较器(U1C)的正输入端与PWM-A信号端之间连接有第一电阻(R1)。
10.根据权利要求3所述的一种IGBT驱动保护电路,其特征在于:所述第二比较器
(U1B)的正输入端与PWM-B信号端之间连接有第二电阻(R2)。

说明书全文

一种IGBT驱动保护电路

技术领域

[0001] 本实用新型涉及变流器,尤其是变流器内部功率单元的一种IGBT驱动保护电路。

背景技术

[0002] 变流器工作时,其功率单元内部同一桥臂上的上管IGBT和下管IGBT在驱动时不能同时开通,且上、下两管交替开关时,一管开通与另一管关断在时间上必须保证有一定的死区延时。
[0003] 目前解决上述死区延时问题的方案有:1、采用专用集成驱动器,但是这种专用集成驱动器价格高、供货期长、可维护性差;2、采用软件控制,但是软件控制抗干扰性差,软件跑飞或死机后IGBT易损坏。实用新型内容
[0004] 为解决上述技术问题,本实用新型的目的是提供一种价格较低、便于维护、抗干扰性强的IGBT驱动保护电路。
[0005] 本实用新型采用的技术方案是:
[0006] 一种IGBT驱动保护电路,其特征在于包括:
[0007] 一输入端子,该输入端子接收外部控制器输出的两路PWM信号,该两路PWM信号记为PWM-A、PWM-B;
[0008] 一上管短脉冲抑制电路,其输入端与输入端子的PWM-A信号端连接;
[0009] 一下管短脉冲抑制电路,其输入端与输入端子的PWM-B信号端连接;
[0010] 一上管一阶电路,其连接在上管短脉冲抑制电路输出端,用于提供时间常数t1;
[0011] 一下管一阶电路,其连接在下管短脉冲抑制电路输出端,用于提供时间常数t2;
[0012] 一上管死区延时电路,其输入端连接在上管短脉冲抑制电路输出端;
[0013] 一下管死区延时电路,其输入端连接在连接在下管短脉冲抑制电路输出端;
[0014] 一上管钳位保护电路,其输入端连接在上管死区延时电路的输出端;
[0015] 一下管钳位保护电路,其输入端连接在下管死区延时电路的输出端;
[0016] 一输出端子,该输出端子包括两路PWM信号端,分别为PWM1、PWM2,其中,PWM1信号端连接上管钳位保护电路,PWM2信号端连接下管钳位保护电路。
[0017] 进一步,所述上管短脉冲抑制电路包括第一电容、第一比较器、第三电阻、第一二极管;该第一电容一端连接PWM-A信号端,另一端接地;第三电阻和第一二极管串联在第一比较器的正输入端与输出端之间,该第一比较器的正输入端还与PWM-A信号端连接,该第一比较器的负输入端为阈值电压输入端,该第一比较器的输出端为上管短脉冲抑制电路的输出端。
[0018] 进一步,所述下管短脉冲抑制电路包括第二电容、第二比较器、第四电阻、第二二极管;该第二电容一端连接PWM-B信号端,另一端接地;第四电阻和第二二极管串联在第二比较器的正输入端与输出端之间,该第二比较器的正输入端还与PWM-B信号端连接,该第二比较器的负输入端为阈值电压输入端,该第二比较器的输出端为下管短脉冲抑制电路的输出端。
[0019] 进一步,所述上管一阶电路包括自电源输入端+VCC依次连接的第五电阻、第三电容,第三电容接地,第五电阻和第三电容之间的连接点Q1与上管短脉冲抑制电路输出端连接,时间常数t1等于第五电阻与第三电容的乘积。
[0020] 进一步,所述上管死区延时电路包括第三比较器、第一施密特反相器、第七电阻、第九电阻;该第三比较器电源输入为+VCC及地,第三比较器的反向输入端与上管短脉冲抑制电路输出端连接,其正向输入端为阈值电压VTH2输入端并依次串联第七电阻、第九电阻至+VCC,其输出端分别与第一施密特反相器的输入端、第七电阻和第九电阻的连接点Q3连接,第一施密特反相器的输出端为上管死区延时电路的输出端;第三比较器输出端翻转时间滞后于第三比较器输入时间的差值为死区时间Td,Td与阈值电压VTH2的函数关系为VTH2=VCC*[1-exp(-Td/t1)]。
[0021] 进一步,所述下管一阶电路包括自电源输入端+VCC依次连接的第六电阻、第四电容,第四电容接地,第六电阻和第四电容之间的连接点Q2与上管短脉冲抑制电路输出端连接,时间常数t2等于第六电阻和第四电容的乘积。
[0022] 进一步,所述下管死区延时电路包括第四比较器、第二施密特反相器、第八电阻、第十电阻;该第四比较器电源输入为+VCC及地,第四比较器的反向输入端与下管短脉冲抑制电路输出端连接,其正向输入端为阈值电压VTH2输入端并依次串联第八电阻、第十电阻至+VCC,其输出端分别与第二施密特反相器的输入端、第八电阻和第十电阻的连接点Q4连接,第二施密特反相器的输出端为下管死区延时电路的输出端;第四比较器输出端翻转时间滞后于第四比较器输入时间的差值为死区时间Td,Td与阈值电压VTH2的函数关系为VTH2=VCC*[1-exp(-Td/t2)]。
[0023] 进一步,所述上管钳位保护电路包括自电源+VCC依次连接的第三二极管、第四二极管,第四二极管接地,其第三二极管第四二极管之间的连接点Q5连接在上管死区延时电路的输出端;所述下管钳位保护电路包括自电源+VCC依次连接的第五二极管、第六二极管,第六二极管接地,其第五二极管、第六二极管之间的连接点Q6连接在下管死区延时电路的输出端。
[0024] 进一步,第一比较器的正输入端与PWM-A信号端之间连接有第一电阻。
[0025] 进一步,所述第二比较器的正输入端与PWM-B信号端之间连接有第二电阻。
[0026] 本实用新型的有益效果:
[0027] 本实用新型的IGBT驱动保护电路采用简单的硬件电路结构,抑制短脉冲,实现IGBT上、下管死区延时控制,并具有二极管钳位电路来抗干扰,不仅成本低,可靠性也高。附图说明
[0028] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。
[0029] 图1是本实用新型IGBT温度检测电路的原理图;
[0030] 图2是第三比较器U1D和第四比较器U1A的输入电压波形图;
[0031] 图3是PWM脉宽调制信号生成死区时间Td的波形图。

具体实施方式

[0032] 参照图1所示,一种IGBT驱动保护电路,包括:
[0033] 一输入端子J1,该输入端子接收外部控制器输出的两路PWM信号,该两路PWM信号记为PWM-A、PWM-B;
[0034] 一上管短脉冲抑制电路10,该上管短脉冲抑制电路10包括第一电容C1、第一比较器U1C、第三电阻R3、第一二极管D1;该第一电容C1一端连接PWM-A信号端,另一端接地;第三电阻R3和第一二极管D1串联在第一比较器U1C的正输入端与输出端之间,第一比较器U1C的正输入端与PWM-A信号端之间连接有第一电阻R1,该第一比较器U1C的负输入端为阈值电压VTH1输入端,该第一比较器U1C的输出端为上管短脉冲抑制电路10的输出端;
[0035] 一下管短脉冲抑制电路20,该下管短脉冲抑制电路20包括第二电容C2、第二比较器U1B、第四电阻R4、第二二极管D2;该第二电容C2一端连接PWM-B信号端,另一端接地;第四电阻R4和第二二极管D2串联在第二比较器U1B的正输入端与输出端之间,第二比较器U1B的正输入端与PWM-B信号端之间连接有第二电阻R2,该第二比较器U1B的负输入端为阈值电压输入端,该第二比较器U1B的输出端为下管短脉冲抑制电路20的输出端;
[0036] 一上管一阶电路30,用于提供时间常数t1,该上管一阶电路30包括自电源输入端+VCC依次连接的第五电阻R5、第三电容C3,第三电容C3接地,第五电阻R5和第三电容C3之间的连接点Q1与上管短脉冲抑制电路10输出端连接,时间常数t1等于第五电阻R5与第三电容C3的乘积;
[0037] 一下管一阶电路40,用于提供时间常数t2,该下管一阶电路40包括自电源输入端+VCC依次连接的第六电阻R6、第四电容C4,第四电容C4接地,第六电阻R6和第四电容C4之间的连接点Q2与上管短脉冲抑制电路10输出端连接,时间常数t2等于第六电阻R6和第四电容C4的乘积;
[0038] 一上管死区延时电路50,该上管死区延时电路50包括第三比较器U1D、第一施密特反相器U2A、第七电阻R7、第九电阻R9;该第三比较器U1D电源输入为+VCC及地,第三比较器U1D的反向输入端与上管短脉冲抑制电路10输出端连接,其正向输入端为阈值电压VTH2输入端并依次串联第七电阻R7、第九电阻R9至+VCC,其输出端分别与第一施密特反相器U2A的输入端、第七电阻R7和第九电阻R9的连接点Q3连接,第一施密特反相器U2A的输出端为上管死区延时电路50的输出端;第三比较器U1D输出端翻转时间滞后于第三比较器U1D输入时间的差值为死区时间Td,Td与阈值电压VTH2的函数关系为VTH2=VCC*[1-exp(-Td/t1)];
[0039] 一下管死区延时电路60,该下管死区延时电路60包括第四比较器U1A、第二施密特反相器U2B、第八电阻R8、第十电阻R10;该第四比较器U1A电源输入为+VCC及地,第四比较器U1A的反向输入端与下管短脉冲抑制电路20输出端连接,其正向输入端为阈值电压VTH2输入端并依次串联第八电阻R8、第十电阻R10至+VCC,其输出端分别与第二施密特反相器U2B的输入端、第八电阻R8和第十电阻R10的连接点Q4连接,第二施密特反相器U2B的输出端为下管死区延时电路60的输出端;第四比较器U1A输出端翻转时间滞后于第四比较器U1A输入时间的差值为死区时间Td,Td与阈值电压VTH2的函数关系为VTH2=VCC*[1-exp(-Td/t2)];
[0040] 一上管钳位保护电路70,上管钳位保护电路70包括自电源+VCC依次连接的第三二极管D3、第四二极管D4,第四二极管D4接地,其第三二极管D3和第四二极管D4之间的连接点Q5连接在上管死区延时电路50的输出端;
[0041] 一下管钳位保护电路80,该下管钳位保护电路80包括自电源+VCC依次连接的第五二极管D5、第六二极管D6,第六二极管D6接地,其第五二极管D5、第六二极管D6之间的连接点Q6连接在下管死区延时电路60的输出端;
[0042] 一输出端子J2,该输出端子包括两路PWM信号端,分别为PWM1、PWM2,其中,PWM1信号端连接上管钳位保护电路70,PWM2信号端连接下管钳位保护电路80。
[0043] 如图2所示,为第三比较器U1D和第四比较器U1A的输入电压波形,横轴为时间t,纵轴为输入电压幅值V,Vs为峰值电压。
[0044] 本实用新型的工作原理为:
[0045] 本实用新型IGBT驱动保护电路是置于外部控制器(如DSP、控制IC等)与隔离光耦之间的,隔离光耦连接上、管IGBT,由外部控制器输入上、下管IGBT的脉宽调制信号PWM-A、PWM-B至输入端子J1,并经本实用新型的上管短脉冲抑制电路10、下管短脉冲抑制电路20进行短脉冲抑制,以及上管死区延时电路50、下管死区延时电路60的作用产生死区时间Td, 经输出端子J2传出至上、下两管IGBT,使得上、下两管IGBT交替开关时,一管开通与另一管关断在时间上有一定的死区延时时间Td,同时二极管钳位电路的作用是可防止输出的PWM1、PWM2信号过高或者过低,增强了抗干扰性能。
[0046] 具体的,输入端的第一电容C1、第二电容作为滤波电容,可以滤除多余的纹波,输入端的第一电阻R1和第二电阻R2用于微调输入电压,第一比较器U1C和第二比较器U1B用于抑制短脉冲,通过阈值电压VTH1的设置,比较器U1C、U1B可以抑制低于VTH1的短脉冲,其中VTH1可以取值为5V、8V、10V、12V,VTH1取值原则为0.7~0.8倍的VCC;
[0047] 如图3所示,并结合图1,未经本实用新型IGBT驱动保护电路处理的脉宽调制信号PWM-A、PWM-B是输入互补的,无死区;当PWM信号从端子JI输入,经R1,C1;R2,C2滤波后进入比较器U1的正输入端,即第7,9脚。以上管电路为例,当PWM-A上升沿到来时,第一比较器U1C第14脚输出为集电极开路,比较器U1D输入(第10脚)点电位由R5,C3构成的一阶电路时间常数决定,调节VTH2值,可使比较器U1D输出(第13脚)翻转时间滞后于比较器U1D输入(第10脚)时间,该时间Td即为死区时间(Dead time),死区时间Td与VTH2函数关系为Vth2=VCC*[1-exp(-Td/R5*C3)];当PWM下降沿到来时,第14脚输出为低电平,比较器U1D输入(第10脚)点电位迅速被拉低至低电位(图2),表明比较器U1D的死区延时只作用于PWM信号的上升沿,因为上升沿的高电平才是触发IGBT上、下管开关的信号;
[0048] 如图1,比较器U1D和U1A是反向输入的,经其死区延时作用后PWM信号反向,为了使输出相位与比较器输入相位保持一致,设置了施密特反相器U2A和U2B;当然如果不设置施密特反相器U2A和U2B,而将比较器U1D和U1A正向输入,也是可以实现死区延时的效果,这就属于本方案的另一实施例;但是本方案设置施密特反相器U2A和U2B可以对输出波形进行整形,可以使得波形更加平滑。
[0049] 以上所述仅为本实用新型的优先实施方式,本实用新型并不限定于上述实施方式,只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。
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