一種半橋igbt驅(qū)動模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，包括有控制模塊、上橋差分信號轉(zhuǎn)換器、上橋驅(qū)動電路、上橋功率放大器、下橋差分信號轉(zhuǎn)換器、下橋驅(qū)動電路、下橋功率放大器和驅(qū)動電源，所述控制模塊輸出差分PWM驅(qū)動信號，所述差分PWM驅(qū)動信號通過傳輸線路依次通過上下橋差分信號轉(zhuǎn)換器、上下橋驅(qū)動電路、上下橋功率放大器發(fā)送至半橋IGBT模塊。本發(fā)明利用差分信號接收器將信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號，克服傳輸過程中帶來的干擾；通過信號封鎖電路，在上下兩個驅(qū)動信號相同的時候，關閉輸出驅(qū)動信號，防止上下管同時導通損壞IGBT開關管；電壓檢測集成電路避免了在電源不穩(wěn)定的情況下?lián)p壞IGBT開關管。本發(fā)明作為一種半橋IGBT驅(qū)動模塊可廣泛應用于電子電路領域。
【專利說明】—種半橋IGBT驅(qū)動模塊

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路領域，尤其是一種半橋IGBT驅(qū)動模塊。

【背景技術】
[0002]IGBT是 Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件，其輸入極為M0SFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點，既具有MOSFET器件驅(qū)動功率小和開關速度快的優(yōu)點，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)。廣泛應用于變頻器、開關電源、照明電路等領域。
[0003]驅(qū)動電路是電子電力裝置中的一個重要組成部分，輸入連接到控制電路PWM信號的輸出端，輸出端連接到IGBT的門極及發(fā)射極，將裝置中的控制電路產(chǎn)生的PWM信號進行隔離傳輸和電平轉(zhuǎn)換和功率放大，實現(xiàn)控制電路對IGBT進行開通關斷控制，從而實現(xiàn)裝置的功率變換功能。
[0004]驅(qū)動電路設計的好壞直接影響整個裝置的穩(wěn)定性和可靠性。目前，針對半橋IGBT驅(qū)動電路很多，但現(xiàn)有的電路過于復雜且成本較高，例如圖1的驅(qū)動電路；大功率電子裝置體積較大，控制器PWM信號到驅(qū)動電路需要經(jīng)過很長的線路傳輸，PWM信號在傳輸中一但受到干擾就會影響裝置正常工作，甚至還有可能造成上下橋兩個開關管同時導通，造成開關器件損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是:提供一種從控制板到驅(qū)動電路的PWM信號傳輸采用差分方式并防止上下兩個開關同時導通的半橋IGBT驅(qū)動模塊。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，包括有控制模塊、上橋差分信號轉(zhuǎn)換器、上橋驅(qū)動電路、上橋功率放大器、下橋差分信號轉(zhuǎn)換器、下橋驅(qū)動電路、下橋功率放大器和驅(qū)動電源，所述控制模塊輸出差分PWM驅(qū)動信號，所述差分PWM驅(qū)動信號通過傳輸線路分別發(fā)送至上橋差分信號轉(zhuǎn)換器和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器，所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端通過上橋驅(qū)動電路連接至上橋功率放大器的輸入端，所述下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端通過下橋驅(qū)動電路連接至下橋功率放大器的輸入端，所述上橋功率放大器的輸出端和下橋功率放大器的輸出端均用于連接半橋IGBT模塊，所述上橋驅(qū)動電路和下橋驅(qū)動電路均包括有一個用于連接半橋IGBT模塊的過流保護采樣端，所述驅(qū)動電源的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的電源輸入端、上橋功率放大器的電源輸入端、下橋驅(qū)動電路的電源輸入端和下橋功率放大器的電源輸入端。
[0007]進一步，還包括有信號封鎖電路，所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端均連接至信號封鎖電路的輸入端，所述信號封鎖電路的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的第一控制端和下橋驅(qū)動電路的第一控制端。
[0008]進一步，所述信號封鎖電路包括有依次連接的或非門、二極管、濾波器和與非門，所述或非門的輸入端分別與上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，所述與非門的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的第一控制端和下橋驅(qū)動電路的第一控制端。
[0009]進一步，還包括有電壓檢測集成電路，所述驅(qū)動電源的輸出端還連接至電壓檢測集成電路的輸入端，所述電壓檢測集成電路的輸出端分別連接至下橋驅(qū)動集成電路的復位控制端和上橋驅(qū)動集成電路的復位控制端。
[0010]進一步，所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器采用SN75176雙向差分轉(zhuǎn)換器。
[0011]進一步，所述上橋驅(qū)動電路和下橋驅(qū)動電路采用帶有過流保護、欠壓保護功能的HCLP316J驅(qū)動集成電路。
[0012]進一步，所述驅(qū)動電源采用基于UC3845的反激式開關電源。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用差分信號接收器將信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號，克服傳輸過程中帶來的干擾；通過信號封鎖電路，在上下兩個驅(qū)動信號相同的時候，關閉輸出驅(qū)動信號，防止上下管同時導通損壞IGBT開關管；電壓檢測集成電路避免了在電源不穩(wěn)定的情況下?lián)p壞IGBT開關管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術中的驅(qū)動電路；
圖2為本發(fā)明驅(qū)動電路的原理框圖；
圖3為本發(fā)明中差分信號轉(zhuǎn)換器原理圖；
圖4為本發(fā)明中驅(qū)動電路以及信號封鎖電路原理圖；
圖5為本發(fā)明中電壓檢測集成電路部分原理圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明:
參照圖2, —種半橋IGBT驅(qū)動模塊,包括有控制模塊、上橋差分信號轉(zhuǎn)換器、上橋驅(qū)動電路、上橋功率放大器、下橋差分信號轉(zhuǎn)換器、下橋驅(qū)動電路、下橋功率放大器和驅(qū)動電源，所述控制模塊輸出差分PWM驅(qū)動信號，所述差分PWM驅(qū)動信號通過傳輸線路分別發(fā)送至上橋差分信號轉(zhuǎn)換器和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器，所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端通過上橋驅(qū)動電路連接至上橋功率放大器的輸入端，所述下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端通過下橋驅(qū)動電路連接至下橋功率放大器的輸入端，所述上橋功率放大器的輸出端和下橋功率放大器的輸出端均用于連接半橋IGBT模塊，所述上橋驅(qū)動電路和下橋驅(qū)動電路均包括有一個用于連接半橋IGBT模塊的過流保護采樣端，所述驅(qū)動電源的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的電源輸入端、上橋功率放大器的電源輸入端、下橋驅(qū)動電路的電源輸入端和下橋功率放大器的電源輸入端。
[0016]作為本發(fā)明一種半橋IGBT驅(qū)動模塊的【具體實施方式】,其中上橋差分信號轉(zhuǎn)換器和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器采用SN75176雙向差分轉(zhuǎn)換器，上橋驅(qū)動電路和下橋驅(qū)動電路采用帶有過流保護、欠壓保護功能的HCLP316J驅(qū)動集成電路，驅(qū)動電源采用基于UC3845的反激式開關電源。
[0017]進一步作為優(yōu)選的實施方式，還包括有信號封鎖電路，所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端均連接至信號封鎖電路的輸入端，所述信號封鎖電路的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的第一控制端和下橋驅(qū)動電路的第一控制端。
[0018]參照圖4，進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述信號封鎖電路包括有依次連接的或非門U7、二極管D2、濾波器和與非門U3，其中濾波器由電阻R19、電阻R20、電容B3組成，所述或非門的輸入端分別與上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，所述與非門的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的第一控制端和下橋驅(qū)動電路的第一控制端。
[0019]參照圖3差分信號轉(zhuǎn)換器原理圖和圖4驅(qū)動電路以及信號封鎖電路原理圖，說明其工作原理。
[0020]上橋臂驅(qū)動差分信號A和B送入上橋差分轉(zhuǎn)換器U4，上橋差分轉(zhuǎn)換器U4輸出上橋臂驅(qū)動信號C0NV_R ;上橋驅(qū)動電路包括HCPL316J隔離驅(qū)動芯片U2，集驅(qū)動和保護一體。Vin+經(jīng)上拉電阻Rl接Vcc，驅(qū)動信號C0NV_R接Vin-。因驅(qū)動信號C0NV_R并接上拉電阻R2和Vccjjf# IGBT不導通時C0NV_R為高。
[0021]當IGBT需導通時:Vin-置低，且Reset為高，F(xiàn)AULT為高時，輸出Vout為高，使三極管TRl導通，Voutl為+18v高電平，使IGBT導通；當IGBT需關閉時，Vin-置高，輸出Vout為低，使三極管TR5導通，Voutl為-1Ov低電平，使IGBT關閉。
[0022]DESAT為短路保護，Dl陰極連接到IGBT的C極:當IGBT正常導通，IGBT的Vce壓降一般較低，DESAT會置低，DESAT短路保護禁能；當IGBT異常共通時，IGBT的Vce壓降較高，DESAT會置高，DESAT短路保護使能，強行把輸出Vout置低，使三極管TR5導通，Voutl為-1Ov低電平，使IGBT關閉。
[0023]由于IGBT的驅(qū)動延遲問題，增加了另一電路:當Vout為高時，由于IGBT的驅(qū)動延遲，DESAT不會立即變低，這時候借助Voutl通過電容C4、三極管Ql來實現(xiàn)。電容C4作為隔直電容，既能在初期使DESAT為低，又能在導通后正常保護，因為此后三極管Ql不再導通。
[0024]同理,下橋臂驅(qū)動差分信號A和B送入下橋差分轉(zhuǎn)換器U6,下橋差分轉(zhuǎn)換器U6輸出下橋臂驅(qū)動信號/C0NV_R。下橋驅(qū)動電路包括有HCPL316J隔離驅(qū)動芯片U5，集驅(qū)動和保護一體。Vin+經(jīng)上拉電阻R22接Vcc，驅(qū)動信號/C0NV_R接Vin-。因驅(qū)動信號/C0NV_R并接上拉電阻R26和VccJfW IGBT不導通時/C0NV_R為高。
[0025]當IGBT需導通時:Vin-置低，且Reset為高，F(xiàn)AULT為高時，輸出Vout為高，使三極管TR9導通，Vout2為+18v高電平，使IGBT導通；當IGBT需關閉時，Vin-置高，輸出Vout為低，使三極管TR13導通，Vout2為-1Ov低電平，使IGBT關閉。
[0026]DESAT為短路保護，二極管D4陰極連接到IGBT的C極:當IGBT正常導通，IGBT的Vce壓降一般較低，DESAT會置低，DESAT短路保護禁能；當IGBT異常共通時，IGBT的Vce壓降較高，DESAT會置高，DESAT短路保護使能，強行把輸出Vout置低，使三極管TR13導通，Vout2為-1Ov低電平，使IGBT關閉。
[0027]由于IGBT的驅(qū)動延遲問題，增加了另一電路^Vout為高時，由于IGBT的驅(qū)動延遲，DESAT不會立即變低，這時候借助Vout2通過電容C19、三極管Q3來實現(xiàn)。電容C19作為隔直電容，既能在初期使DESAT為低，又能在導通后正常保護，因為此后三極管Q3不再導通。
[0028]為防止IGBT上下橋臂共通，增加了信號封鎖電路:若上下橋臂驅(qū)動信號C0NV_I^P/C0NV_R同時置低(即IGBT上下橋臂共通)，從或非門U7輸入，則或非門U7輸出為高，其中二極管D2、電阻R19、電阻R20、電容B3功能是防止誤導通和濾波，然后進入與非門U3的輸入端，使與非門U3輸出為低，即Reset信號為低，最終使HCPL316J隔離驅(qū)動芯片U2停止工作，將Vout置低，使三極管TR5導通，Voutl為-1Ov低電平，使IGBT關閉。
[0029]進一步作為優(yōu)選的實施方式，還包括有電壓檢測集成電路，所述驅(qū)動電源的輸出端VCC還連接至KIA7045電壓檢測集成電路的I腳輸入端，KIA7045電壓檢測集成電路的3腳輸出端連接至下橋和上橋HCLP316J驅(qū)動集成電路的RESET復位控制端。當VCC電壓低于4.5V時，輸出3腳把HCLP316J驅(qū)動集成電路的RESET置低，驅(qū)動集成電路輸出Vout置低，使IGBT關閉；當VCC電壓高于4.5V，電壓檢測集成電路的3腳輸出端為高電平。具體實施例電路可參照圖5。
[0030]以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以作出種種的等同變換或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，其特征在于:包括有控制模塊、上橋差分信號轉(zhuǎn)換器、上橋驅(qū)動電路、上橋功率放大器、下橋差分信號轉(zhuǎn)換器、下橋驅(qū)動電路、下橋功率放大器和驅(qū)動電源，所述控制模塊輸出差分PWM驅(qū)動信號，所述差分PWM驅(qū)動信號通過傳輸線路分別發(fā)送至上橋差分信號轉(zhuǎn)換器和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器，所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端通過上橋驅(qū)動電路連接至上橋功率放大器的輸入端，所述下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端通過下橋驅(qū)動電路連接至下橋功率放大器的輸入端，所述上橋功率放大器的輸出端和下橋功率放大器的輸出端均用于連接半橋IGBT模塊，所述上橋驅(qū)動電路和下橋驅(qū)動電路均包括有一個用于連接半橋IGBT模塊的過流保護采樣端，所述驅(qū)動電源的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的電源輸入端、上橋功率放大器的電源輸入端、下橋驅(qū)動電路的電源輸入端和下橋功率放大器的電源輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種半橋IGBT驅(qū)動模塊,其特征在于:還包括有信號封鎖電路，所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端均連接至信號封鎖電路的輸入端，所述信號封鎖電路的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的第一控制端和下橋驅(qū)動電路的第一控制端。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，其特征在于:所述信號封鎖電路包括有依次連接的或非門、二極管、濾波器和與非門，所述或非門的輸入端分別與上橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，所述與非門的輸出端分別連接至上橋驅(qū)動電路的第一控制端和下橋驅(qū)動電路的第一控制端。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，其特征在于:還包括有電壓檢測集成電路，所述驅(qū)動電源的輸出端還連接至電壓檢測集成電路的輸入端，所述電壓檢測集成電路的輸出端分別連接至下橋驅(qū)動集成電路的復位控制端和上橋驅(qū)動集成電路的復位控制端。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，其特征在于:所述上橋差分信號轉(zhuǎn)換器和下橋差分信號轉(zhuǎn)換器米用SN75176雙向差分轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，其特征在于:所述上橋驅(qū)動電路和下橋驅(qū)動電路采用帶有過流保護、欠壓保護功能的HCLP316J驅(qū)動集成電路。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種半橋IGBT驅(qū)動模塊，其特征在于:所述驅(qū)動電源采用基于UC3845的反激式開關電源。
【文檔編號】H02M1/08GK104242611SQ201410453446
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】楊國偉, 羅潤漢, 白維, 封寧波, 古元, 李靜靜, 鄭蘭 申請人:佛山市新光宏銳電源設備有限公司