專利名稱:一種h橋全功能igbt隔離驅動控制模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，包括驅動電源、主控IC、偏置網(wǎng)絡、故障感知網(wǎng)絡和驅動增幅網(wǎng)絡。驅動電源為主控IC供電；主控IC為安高華公司推出的汽車級新型全功能IGBT隔離驅動光耦合器ACPL337J，它包括故障感知、米勒鉗位、軟關斷和低壓保護等多種功能；偏置網(wǎng)絡對主控IC的信號側進行設置，保證其與系統(tǒng)主機之間正常通信；故障感知網(wǎng)絡保障主控IC實現(xiàn)其故障感知功能；驅動增幅網(wǎng)絡完成主控IC驅動功率增幅。模塊具有完善的IGBT保護功能，安全的隔離設計，超強的驅動能力和靈活的負荷匹配性。
【專利說明】
一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種電子電路，具體地說，涉及一種用于逆變器的H橋IGBT柵極驅 動模塊。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術和半導體制造工藝及制造技術的發(fā)展，IGBT以其優(yōu)越的性能已 經(jīng)逐步取代晶閘管，被越來越廣泛地應用到逆變器、變頻器、EPS、UPS及各類電機驅動器中。 在這些應用中，IGBT大多工作在高頻、高壓、大電流的條件下，容易出現(xiàn)短路、過載、過熱、過 電壓等問題而損壞，設計可靠的驅動電路以減少IGBT的損壞就成為使用IGBT的關鍵，它關 系到整個裝置運行的穩(wěn)定與可靠。
[0003] IGBT的驅動電路從電氣結構上分為非隔咼式和隔咼式。非隔咼式是指PWM控制信 號與IGBT功率部分共同用一個參考地，如電阻直接驅動、圖騰式驅動、加速驅動以及一些有 附加保護功能的驅動等，這種非隔離的驅動方式缺點在于IGBT功率部分容易對PWM控制信 號產(chǎn)生干擾。且當IGBT功率部分損壞時，PWM控制信號部分大多隨之一起損壞。隔離式是指 PWM控制信號與IGBT功率部分隔離，有各自的參考地，如光耦合器驅動、脈沖變壓器驅動等， 這兩種隔離的驅動方式避免了非隔離式的缺點，但有其各自的不足:一般的光耦合器不具 備相應的保護功能，而現(xiàn)有的專用IGBT驅動光耦合器的保護功能和驅動能力均有限；脈沖 變壓器受其本身結構限制，驅動速度有限，且如果實現(xiàn)各種保護功能需要外加大量的元件， 成本較高，可靠性較低。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型正是為了解決上述技術問題而設計的一種H橋全功能IGBT隔離驅動控 制豐吳塊。
[0005] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] 一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，包括驅動電源、主控芯片U1、偏置網(wǎng)絡、故 障感知網(wǎng)絡和驅動增幅網(wǎng)絡;驅動電源的輸入側與輸出側完全隔離，輸入側電壓為主控芯 片U1的3腳VCC1供電，輸出側電壓為主控芯片U1的12腳VCC2和16腳VEE2供電，故障感知網(wǎng)絡 介于主控芯片U1與IGBT的C極、E極之間，驅動增幅網(wǎng)絡介于主控芯片U1與IGBT的G極之間； 主控芯片U1的3腳VCC1接收外部+5V供電，電容C1為濾波電容器，負責對+5V供電進行濾波 和凈化。
[0007] 電阻1?1、1?2、1?、1?4和電容02、03共同組成偏置網(wǎng)絡，電阻1?1和電容02為主控芯片1]1 的6腳E::ATJt；T偏置，正常狀態(tài)時主控芯片U1的6腳輸出高電平，當主控芯片U1的14腳 DESAT電壓超過7V時，主控芯片U1的6腳輸出低電平，主控芯片U1的11腳V0UT關閉輸出；電阻 R2和電容C3為主控芯片U1的5腳石偏置，正常狀態(tài)時主控芯片U1的5腳輸出高電平，當 主控芯片U1的12腳VCC2電壓低于欠壓閾值時，主控芯片U1的5腳輸出低電平，主控芯片U1的 11腳V0UT關閉輸出；電阻R3、R4為主控芯片U1的4腳V LEDDRV偏置，限制主控芯片U1的4腳輸出 電流，保證主控芯片U1的內部光耦合器LED1正常工作;主控芯片U1的2腳接受來自系統(tǒng)主機 的PWM信號，經(jīng)主控芯片U1內部LED2隔離傳輸至其11腳VOUT后送入驅動增幅網(wǎng)絡。
[0008] 驅動增幅網(wǎng)絡由電阻R5、R6、R7和三極管Q1、Q2、Q3組成，三極管Q1和Q2組成圖騰柱 式放大器，對主控芯片U1的11腳V0UT輸出的驅動信號進行功率增幅后驅動IGBT的G極，電阻 R5、R6均起到驅動功率設定的作用，用以匹配不同的IGBT;三極管Q3對主控芯片U1的10腳 VCLAMP輸出的G極放電信號進行放電增幅后接至IGBT的G極，主控芯片U1的10腳VCLAMP輸出 的放電信號與11腳V0UT輸出的驅動信號相位相反，作用為在IGBT關閉時對G極進行放電，實 現(xiàn)米勒鉗位，防止IGBT誤導通。
[0009] 驅動電源由集成控制器U2、光耦合器U3、M0S管Q4、變壓器T、二極管D5、電容C9和高 精度基準源U4構成回掃式電路架構;其輸入電壓為+5V，輸出以主控芯片U1的11腳VE為參考 地，輸出電壓為+15V和-5V，VE同時連接至IGBT的E極;+ 15V連接至主控芯片U1的12腳VCC2，-5V連接至主控芯片U1的9腳VEE2;電容C4、C5、C6均為濾波電容器，負責對+15V和-5V進行濾 波和凈化;驅動電源工作原理為:U2為集成控制器，通過接受U3光耦合器的反饋信號控制Q4 的導通角，從而控制輸出電壓，U4為高精度基準源，通過對輸出電壓采樣比較，改變U3的反 饋信號強弱，使整個架構實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)，保證輸出電壓的穩(wěn)定。變壓器T采用三層絕緣線繞 制，隔離電壓大于3000V，從而保證了驅動電源的輸入側與輸出側隔離電壓大于2500V。 [00 10] 電容C7、電阻R8、二極管01、02、03、04組成故障感知網(wǎng)絡，二極管03為1^，二極管 D4為超快恢復二極管，兩者與電阻R8串聯(lián)接至主控芯片U1的14腳DESAT與IGBT的C極之間進 行故障信號感知，當IGBT出現(xiàn)過電流時，其C-E結壓降VC-E升高，當VC-E加上二極管D4的結 壓降VDESAT，再加上D3雪崩值VZ的電壓之和達到7V時，主控芯片U1的14腳DESAT動作，使主 控芯片U1的6腳輸出低電平，并關閉主控芯片U1的11腳V0UT輸出，從而關閉IGBT，達到保護 IGBT的目的；主控芯片U1的11腳具有軟關閉功能，防止IGBT關閉時出現(xiàn)電壓尖峰浪涌致使 IGBT損壞；電容C7為消隱電容器，二極管D1為消隱穩(wěn)壓管，二極管D2為消隱肖特基二極管， 三者并聯(lián)至主控芯片U1的14腳DESAT與13腳VE之間，對故障信號進行消隱，防止主控芯片U1 的14腳DESAT誤動作。
[0011]所述一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其主控芯片U1為汽車級新型全功能 IGBT隔離驅動光耦合器ACPL337J。
[0012]所述一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其光耦合器U3為高隔離電壓光耦合 器H11A817,其隔離電壓大于5300V。
[0013]所述一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其變壓器T采用三層絕緣線繞制，隔 離電壓大于3000V。
[0014] 一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊采用SMT貼裝工藝，三防處理，硅橡膠封裝， 具有優(yōu)異的質量一致性和環(huán)境適應能力，可應用于軍工、航天、艦船等各個領域。
[0015] 本實用新型的有益效果是：
[0016] 1、模塊具有完善的IGBT保護功能，大大降低了 IGBT的損壞率。
[0017] 2、安全的隔離設計，模塊輸入側與輸出側隔離電壓峰-峰值大于7000V，保證了用 戶使用安全。
[0018] 3、超強的驅動能力，模塊可驅動電流大于2000A的IGBT。
[0019] 4、靈活的負荷匹配性，通過對故障感知網(wǎng)絡和驅動增幅網(wǎng)絡參數(shù)的設置，模塊可 應用于不同廠家和不同型號的IGBT。
【附圖說明】

[0020] 圖1為H橋電路原理簡圖。
[0021] 圖2為主控芯片1C一ACPL337J結構圖。
[0022] 圖3為主控芯片1C一ACPL337J引腳圖。
[0023]圖4為本實用新型電路原理框圖。
[0024]圖5為本實用新型電路原理圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0026] 如圖1為現(xiàn)有技術H橋電路原理簡圖；圖2為主控芯片1C一ACPL337J結構圖；圖3為 主控芯片1C 一 ACPL337J引腳圖。
[0027] 如圖4和5所示，一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，包括驅動電源、主控芯片 U1、偏置網(wǎng)絡、故障感知網(wǎng)絡和驅動增幅網(wǎng)絡;驅動電源的輸入側與輸出側完全隔離，輸入 側電壓為主控芯片U1的3腳VCC1供電，輸出側電壓為主控芯片U1的12腳VCC2和16腳VEE2供 電，故障感知網(wǎng)絡介于主控芯片U1與IGBT的C極、E極之間，驅動增幅網(wǎng)絡介于主控芯片U1與 IGBT的G極之間；主控芯片U1的3腳VCC1接收外部+5V供電，電容C1為濾波電容器，負責對+5V 供電進行濾波和凈化。
[0028] 電阻1?1、1?2、1?、1?4和電容02、03共同組成偏置網(wǎng)絡，電阻1?1和電容02為主控芯片1]1 的6腳偏置，正常狀態(tài)時主控芯片U1的6腳輸出高電平，當主控芯片U1的14腳DESAT 電壓超過7V時，主控芯片U1的6腳輸出低電平，主控芯片U1的11腳V0UT關閉輸出；電阻R2和 電容C3為主控芯片U1的5腳TJVLO偏置，正常狀態(tài)時主控芯片U1的5腳輸出高電平，當主控 芯片U1的12腳VCC2電壓低于欠壓閾值時，主控芯片U1的5腳輸出低電平，主控芯片U1的11腳 V0UT關閉輸出；電阻R3、R4為主控芯片U1的4腳Vleddrv偏置，限制主控芯片U1的4腳輸出電流， 保證主控芯片U1的內部光耦合器LED1正常工作;主控芯片U1的2腳接受來自系統(tǒng)主機的PWM 信號，經(jīng)主控芯片U1內部LED2隔離傳輸至其11腳V0UT后送入驅動增幅網(wǎng)絡。
[0029] 驅動增幅網(wǎng)絡由電阻R5、R6、R7和三極管Q1、Q2、Q3組成，三極管Q1和Q2組成圖騰柱 式放大器，對主控芯片U1的11腳V0UT輸出的驅動信號進行功率增幅后驅動IGBT的G極，電阻 R5、R6均起到驅動功率設定的作用，用以匹配不同的IGBT;三極管Q3對主控芯片U1的10腳 VCLAMP輸出的G極放電信號進行放電增幅后接至IGBT的G極，主控芯片U1的10腳VCLAMP輸出 的放電信號與11腳V0UT輸出的驅動信號相位相反，作用為在IGBT關閉時對G極進行放電，實 現(xiàn)米勒鉗位，防止IGBT誤導通。
[0030] 驅動電源由集成控制器U2、光耦合器U3、M0S管Q4、變壓器T、二極管D5、電容C9和高 精度基準源U4構成回掃式電路架構;其輸入電壓為+5V，輸出以主控芯片U1的11腳VE為參考 地，輸出電壓為+15V和-5V，VE同時連接至IGBT的E極;+ 15V連接至主控芯片U1的12腳VCC2，-5V連接至主控芯片U1的9腳VEE2;電容C4、C5、C6均為濾波電容器，負責對+15V和-5V進行濾 波和凈化;驅動電源工作原理為:U2為集成控制器，通過接受U3光耦合器的反饋信號控制Q4 的導通角，從而控制輸出電壓，U4為高精度基準源，通過對輸出電壓采樣比較，改變U3的反 饋信號強弱，使整個架構實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)，保證輸出電壓的穩(wěn)定。變壓器T采用三層絕緣線繞 制，隔離電壓大于3000V，從而保證了驅動電源的輸入側與輸出側隔離電壓大于2500V。
[0031] 電容C7、電阻R8、二極管01、02、03、04組成故障感知網(wǎng)絡，二極管03為1^3，二極管 D4為超快恢復二極管，兩者與電阻R8串聯(lián)接至主控芯片U1的14腳DESAT與IGBT的C極之間進 行故障信號感知，當IGBT出現(xiàn)過電流時，其C-E結壓降VC-E升高，當VC-E加上二極管D4的結 壓降VDESAT，再加上D3雪崩值VZ的電壓之和達到7V時，主控芯片U1的14腳DESAT動作，使主 控芯片U1的6腳輸出低電平，并關閉主控芯片U1的11腳V0UT輸出，從而關閉IGBT，達到保護 IGBT的目的；主控芯片U1的11腳具有軟關閉功能，防止IGBT關閉時出現(xiàn)電壓尖峰浪涌致使 IGBT損壞；電容C7為消隱電容器，二極管D1為消隱穩(wěn)壓管，二極管D2為消隱肖特基二極管， 三者并聯(lián)至主控芯片U1的14腳DESAT與13腳VE之間，對故障信號進行消隱，防止主控芯片U1 的14腳DESAT誤動作。
[0032]所述一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其主控芯片U1為汽車級新型全功能 IGBT隔離驅動光耦合器ACPL337J。
[0033]所述一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其光耦合器U3為高隔離電壓光耦合 器H11A817,其隔離電壓大于5300V。
[0034]所述一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其變壓器T采用三層絕緣線繞制，隔 離電壓大于3000V。
[0035]本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下得出的其 他任何與本實用新型相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，包括驅動電源、主控芯片U1、偏置網(wǎng)絡、故障 感知網(wǎng)絡和驅動增幅網(wǎng)絡;其特征在于：主控芯片U1為汽車級新型全功能IGBT隔離驅動光 耦合器ACPL337J;驅動電源的輸入側與輸出側完全隔離，輸入側電壓為主控芯片U1的3腳 VCC1供電，輸出側電壓為主控芯片U1的12腳VCC2和16腳VEE2供電，故障感知網(wǎng)絡介于主控 芯片U1與IGBT的C極、E極之間，驅動增幅網(wǎng)絡介于主控芯片U1與IGBT的G極之間；主控芯片 U1的3腳VCC1接收外部+5V供電，電容C1為濾波電容器，負責對+5V供電進行濾波和凈化；電 阻尺1、1?2、1?3、1?4和電容02、03共同組成偏置網(wǎng)絡，電阻1?1和電容02為主控芯片1]1的6腳 F A U LT偏置，電阻R2和電容C3為主控芯片U1的5腳UVLO偏置，電阻 R3、R4為主控芯片 U1的4腳Vleddrv偏置;主控芯片U1的2腳VIN+接受來自系統(tǒng)主機的P麗信號，經(jīng)主控芯片U1內 部LED2隔離傳輸至其11腳VOUT后送入驅動增幅網(wǎng)絡;驅動增幅網(wǎng)絡由電阻R5、R6、R7和三極 管Ql、Q2、Q3組成，三極管Q1和Q2組成圖騰柱式放大器，對主控芯片U1的11腳VOUT輸出的驅 動信號進行功率增幅后驅動IGBT的G極，電阻R5、R6均起到驅動功率設定的作用，用以匹配 不同的IGBT;三極管Q3對主控芯片U1的10腳VCLAMP輸出的G極放電信號進行放電增幅后接 至IGBT的G極，主控芯片U1的10腳VCLAMP輸出的放電信號與11腳VOUT輸出的驅動信號相位 相反;驅動電源由集成控制器U2、光耦合器U3、M0S管Q4、變壓器T、二極管D5、電容C9和高精 度基準源U4構成回掃式電路架構；其輸入電壓為+5V，輸出以主控芯片U1的11腳VE為參考 地，輸出電壓為+15V和-5V，VE同時連接至IGBT的E極;+ 15V連接至主控芯片U1的12腳VCC2，-5V連接至主控芯片U1的9腳VEE2;電容C4、C5、C6均為濾波電容器，負責對+15V和-5V進行濾 波和凈化；電容C7、電阻R8、二極管01、02、03、04組成故障感知網(wǎng)絡，二極管03為1^5，二極 管D4為超快恢復二極管，兩者與電阻R8串聯(lián)接至主控芯片U1的14腳DESAT與IGBT的C極之間 進行故障信號感知；電容C7為消隱電容器，二極管D1為消隱穩(wěn)壓管，二極管D2為消隱肖特基 二極管，三者并聯(lián)至主控芯片U1的14腳DESAT與13腳VE之間，對故障信號進行消隱，防止主 控芯片U1的14腳DESAT誤動作。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其特征在于:光耦合 器U3為高隔離電壓光耦合器H11A817,其隔離電壓大于5300V。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，其特征在于:變壓器T 采用三層絕緣線繞制，隔離電壓大于3000V。
【文檔編號】H02M7/5387GK205725439SQ201620381546
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】董鐵鑫
【申請人】航天長峰朝陽電源有限公司