一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路，该高速驱动电路通过在线性光耦的集电极或射极使用变阻结构电路，在光耦的输出回路上采用动态电压比较电路，提高驱动信号的传输速度和上升下降沿的陡度，从而提高驱动电路的性能。本实用新型专利技术具有高速驱动速度快，体积小等优点。

A MOSFET/IGBT high speed drive circuit based on linear optocoupler isolation

The utility model discloses a high-speed driving circuit of linear optocoupler isolation based on MOSFET/IGBT, which through the linear optocoupler collector or emitter using variable resistor circuit structure of high speed driving circuit, the dynamic voltage output circuit of the optocoupler on the comparison circuit, increase the transmission speed of the driver signal and the rise and fall along the gradient, so as to improve the the performance of the driving circuit. The utility model has the advantages of high speed, high speed, small volume and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路
本技术涉及一种MOSFET/IGBT驱动技术，特别是一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路。
技术介绍
驱动电路是控制电路和电力电子主器件联系的桥梁，把控制信号转换为适合电力电子器件直接控制输入的波形和电压。同时，由于电力电子器件主电路是大电流高电压，而控制电路是小电流低电压，为了避免主电路对控制电路的干扰或破坏，这两者需要电方面的隔离，而驱动电路正是完成这种隔离任务的环节。对于一般的电力电子器件驱动电路需要具备两个基本的功能，一是具有隔离功能，二是进行波形变换和电平变换以适应电力电子器件控制需要的功能。对于MOSFET/IGBT驱动电路来说，只需要具有隔离功能和电平变换功能就能满足栅极直接控制输入的需要。目前MOSFET/IGBT驱动电路的主要问题是工作频率不高，无论是采用高频变压器的磁隔离驱动电路，还是采用光耦隔离的集成驱动电路，其最高实测工作频率都在100kHz左右，如果驱动信号的频率再进一步升高，则输出波形不正常，电力电子系统将不能正常工作。在采用分离元件构成光隔离驱动电路时，光耦是驱动电路的关键元件；如果采用开关型光耦，高频开关型光耦的工作频率可以达到几MHz，能满足要求，但工作电压一般为5V，而驱动电路的工作电压在12V及以上，电平不能兼容；如果采用线性光耦，线性光耦在12V及以上的电压下都能正常工作，但工作频率一般在几十kHz，满足不了高频率的要求。所以，无论是集成型MOSFET/IGBT驱动电路还是分离元件型MOSFET/IGBT驱动电路，目前都无法满足高速驱动的需要。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路，该高速驱动电路在光耦输出回路上采用动态比较电路，从而缩短驱动信号的传输延时和提高上升下降沿的陡度，为MOSFET/IGBT栅极驱动提供高性能的驱动信号。为了实现上述目的，本技术的技术解决方案是：一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、线性光耦、第一PNP型三极管、第二PNP型三极管、第三PNP型三极管、第四PNP型三极管、第一NPN型三极管、第一电容、第二电容、MOSFET管、负载、驱动电路控制信号输入端、控制信号电源正极、驱动电路电源正极、驱动电路电源负极、主电路电源正极和主电路电源负极，驱动信号控制信号输入端通过第一电阻与第一PNP型三极管的基极相连，第一PNP型三极管的集电极接地，第一PNP型三极管的发射极与线性光耦基极的第一端相连，第二电阻的一端与控制信号电源正极相连，第二电阻的另一端与线性光耦基极的第二端相连，线性光耦的发射极与驱动电路电源负极相连，线性光耦的发射极还通过负载与主电路电源负极相连，线性光耦的集电极通过第三电阻与驱动电路电源正极相连，线性光耦的集电极还与第二PNP型三极管的集电极相连，第二PNP型三极管的发射极与驱动电路电源正极相连，第二PNP型三极管的基极通过第一电容与驱动电路电源正极相连，线性光耦的集电极还通过第四电阻与第三PNP型三极管的基极相连，第二电容通过导线分别连接于第四电阻的两端，第三PNP型三极管的发射极与驱动电路电源正极相连，第三PNP型三极管的集电极通过第五电阻接地，第三PNP型三极管的集电极还分别与第一NPN型三极管的基极以及第四PNP型三极管的基极相连，第一NPN型三极管的集电极与驱动电路电源正极相连，第一NPN型三极管的发射极与第四PNP型三极管的发射极相连，第一NPN型三极管的发射极还与MOSFET管的栅极相连，第四PNP型三极管的集电极接地，MOSFET管的漏极与主电路电源正极相连，MOSFET管的源极通过负载与主电路电源负极相连。实验表明，线性光耦集电极和射极间的电压变化速度以及集电极或射极上串联的电阻大小有关。在线性光耦的发光二极管施加方波电流时，线性光耦的集电极或射极上串联的电阻越大，线性光耦的集电极和射极间的电压下降沿的时间越短，而上升沿的时间越长；反过来，如果线性光耦的集电极或射极上串联的电阻越小，线性光耦的集电极和射极间的电压下降沿的时间越长，而上升沿的时间越短。当线性光耦工作在开关方式时，从线性光耦集电极和射极间电压上升和下降特性看，线性光耦的集电极和射极相当于一个受控可变电阻和一个等效电容的并联，线性光耦的集电极和射极间的输出电压相当于等效电容上的电压。受控可变电阻的阻值受线性光耦中发光二极管控制，当发光二极管通过电流时，受控可变电阻阻值变小；当发光二极管没有电流时，受控可变电阻阻值变大。如果保持线性光耦的集电极或射极上串联电阻的大小不变，当受控可变电阻阻值变小时，等效电容放电速度快于充电速度，等效电容电压下降；当受控可变电阻阻值变大时，等效电容放电速度慢于充电速度，等效电容电压上升。所以，等效电容上电压的升降以及升降的速度受等效电容充电效应和放电效应的共同影响，放电效应由受控可变电阻决定，而充电效应由线性光耦的集电极或射极上串联电阻决定。如果线性光耦集电极或射极上串联电阻越大，等效电容上的充电速度越慢；当受控可变电阻阻值变小，则等效电容电压下降的速度越快，当受控可变电阻阻值变大，等效电容电压上升的速度越慢。反过来，如果线性光耦的集电极或射极上串联电阻越小，等效电容上的充电速度越快；当受控可变电阻阻值变小，则等效电容电压下降的速度越慢，当受控可变电阻阻值变大，等效电容电压上升的速度越快。这意味着，线性光耦的集电极或射极上串联电阻如果是固定电阻值，不能同时满足等效电容上电压快速上升和下降的需要。优选的，第三电阻、第二PNP型三极管和第一电容组成变阻结构支路。根据线性光耦集电极和射极间电压的上升和下降改变等效电阻。当给1线性光耦的发光二极管通以电流时，线性光耦集电极和射极间的电压下降，电源通过第三电阻给线性光耦充电；当线性光耦集电极和射极间的电压下降时，第二PNP型三极管的集电极电位降低，由于第一电容电位的钳制，第二PNP型三极管处于临界关断状态，集射极间电阻值非常大，整个变阻结构的等效电阻值由第三电阻决定。当线性光耦的发光二极管断开电流时，线性光耦集电极和射极间的电压升高，第二PNP型三极管集电极电位同时升高，由于第一电容电位的钳制效应，使得第二PNP型三极管的射极电压高于基极电压，即超过0.1V，第二PNP型三极管导通，第二PNP型三极管导通后电阻值很小，整个变阻结构的等效电阻值由第二PNP型三极管导通后的集射极电阻决定。优选的，第四电阻、第二电容和第三PNP型三极管组成动态电压比较器。第三PNP型三极管为电压比较器，第四电阻和第二电容为信号传输支路。当线性光耦输出电压为高电平时，第三PNP型三极管基极为高电平，关断，集电极输出低电平，此时第二电容电压约为零；当线性光耦输出电压由高电平变低电平时，第三PNP型三极管基极电压比射极电压低，导通，集电极输出高电平，此时第二电容电压逐渐升高，稳定时第二电容的电压约低于驱动电路电源的电压；在这种情况下，当线性光耦的输出信号由高电平向低电平变化时，动态电压比较器即刻检测到这种变化，动态电压比较器输出电压由低电平翻转为高电平。所以，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、线性光耦、第一PNP型三极管、第二PNP型三极管、第三PNP型三极管、第四PNP型三极管、第一NPN型三极管、第一电容、第二电容、MOSFET管、负载、驱动电路控制信号输入端、控制信号电源正极、驱动电路电源正极、驱动电路电源负极、主电路电源正极和主电路电源负极，驱动信号控制信号输入端通过第一电阻与第一PNP型三极管的基极相连，第一PNP型三极管的集电极接地，第一PNP型三极管的发射极与线性光耦基极的第一端相连，第二电阻的一端与控制信号电源正极相连，第二电阻的另一端与线性光耦基极的第二端相连，线性光耦的发射极与驱动电路电源负极相连，线性光耦的发射极还通过负载与主电路电源负极相连，线性光耦的集电极通过第三电阻与驱动电路电源正极相连，线性光耦的集电极还与第二PNP型三极管的集电极相连，第二PNP型三极管的发射极与驱动电路电源正极相连，第二PNP型三极管的基极通过第一电容与驱动电路电源正极相连，线性光耦的集电极还通过第四电阻与第三PNP型三极管的基极相连，第二电容通过导线分别连接于第四电阻的两端，第三PNP型三极管的发射极与驱动电路电源正极相连，第三PNP型三极管的集电极通过第五电阻接地，第三PNP型三极管的集电极还分别与第一NPN型三极管的基极以及第四PNP型三极管的基极相连，第一NPN型三极管的集电极与驱动电路电源正极相连，第一NPN型三极管的发射极与第四PNP型三极管的发射极相连，第一NPN型三极管的发射极还与MOSFET管的栅极相连，第四PNP型三极管的集电极接地，MOSFET管的漏极与主电路电源正极相连，MOSFET管的源极通过负载与主电路电源负极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于线性光耦隔离的MOSFET/IGBT高速驱动电路，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、线性光耦、第一PNP型三极管、第二PNP型三极管、第三PNP型三极管、第四PNP型三极管、第一NPN型三极管、第一电容、第二电容、MOSFET管、负载、驱动电路控制信号输入端、控制信号电源正极、驱动电路电源正极、驱动电路电源负极、主电路电源正极和主电路电源负极，驱动信号控制信号输入端通过第一电阻与第一PNP型三极管的基极相连，第一PNP型三极管的集电极接地，第一PNP型三极管的发射极与线性光耦基极的第一端相连，第二电阻的一端与控制信号电源正极相连，第二电阻的另一端与线性光耦基极的第二端相连，线性光耦的发射极与驱动电路电源负极相连，线性光耦的发射极还通过负载与主电路电源负极相连，线性光耦的集电极通过第三电阻与驱动电路电源正极相连，线性光耦的集电极还与第二PNP型三极管的集电极相连，第二PNP型三极管的发射极与驱动电路电源正极相连，第二PNP型三极管的基极通过第一电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪原，刘俊灵，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：新型
国别省市：四川,51