多功能电子开关驱动电路制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于驱动开关器件（例如IGBT）的集成驱动电路，电路由触发信号产生电路、光电耦合电路和驱动电路三部分构成，触发信号产生电路可以通过设置而产生多种频率、多种占空比的触发信号；触发信号通过光电耦合电路传输至驱动电路，确保了电路系统的稳定；驱动电路可以驱动各种变换装置中的电子开关器件，对于开关器件发射极电压浮动的电路（例如BUCK电路），采用肖恩特二极管和电容构成自举电路进行驱动。本实用新型专利技术将触发信号产生电路与驱动电路结合为一体，利用耦合电路进行隔离，提高整个系统抗干扰能力，可用于触发各种变换装置中的开关器件，使用方便，安全可靠。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于驱动电力电子开关器件的电路，属于电源

技术介绍
开关器件在电能变换装置中应用广泛，其中绝缘栅双极晶体管(IGBT)是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好、驱动电路简单、饱和压降低、耐压高和承受电流大等优点，因此在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用，在实际使用中除IGBT自身外，IGBT驱动器的作用对整个换流系统来说同样至关重要。驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致IGBT和驱动器损坏。IGBT的驱动电路是IGBT与控制电路之间的接口，实现对控制信号的隔离，放大和保护，驱动电路对IGBT的正常工作及其保护起着非常重要的作用，门极电路的正偏压 ^、负偏压和门极电阻的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力参数有不同的程度的影响，因此，驱动电路设计对IGBT的动态和静态性能都有重要的影响，对驱动电路有以下基本要求1.动态驱动能力强，能为栅极驱动电压脉冲提供充分大的上升率和下降率，以减小开通和关断损耗，但是，由于主电路中存在分布电感及滤波电容的串联电感，随着IGBT 的超速开通与关断将在电路中产生高频尖峰电压Ldi/dt，常规的过电压吸收电路难以吸收，对IGBT自身或其他元件造成击穿而损坏，所以，主电路应尽可能降低分布电感，而且 IGBT开关时间也不能过短。2.能向IGBT提供适当的正向栅极电压，IGBT导通后的管压降与所加栅极电压有关，在集射极电流一定的情况下Va越高，就越低，器件的导通损耗就越小，这有利于提高开关效率.但是，并非越高越好，一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高，IGBT 损坏的可能性就越大，通常取士 15V为宜。3.能向IGBT提供适当的反向栅极电压，有利于其快速关断。4.具有栅极电压限幅能力，保护栅极不被击穿IGBT栅极限电压一般为一 20 +20V，超出此范围就可能破环栅极。5.选择合适栅极电阻RG，IGBT驱动电路中的RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT的开关时间和开关损耗， RG较小，会引起电流上升率增大，使IGBT误导通或损环，一般在几欧一几十欧。6. IGBT的栅极驱动电路应尽可能的简单，实用，最好具有对驱动IGBT的完整保护能力及很强的抗干扰性能，而且输出阻抗应尽可能的低。由此可见，一套完整的驱动电路对IGBT的使用至关重要。如今主要的驱动电路有1.采用脉冲变压器隔离驱动IGBT，这种电路结构简单，应用了廉价的脉冲变压器实现IGBT主电路与控制电路的隔离。其性能的好坏取决于脉冲变压器的制作，应尽量减小脉冲变压器的漏感抗，并采用高铁氧体铁心，最高工作频率可达40KHz。但是脉冲变压器制作麻烦，漏感抗难以有效遏制，所以性能不稳定。2.采用光耦合器及CMOS驱动IGBT，电路由于受光耦合器传输速度的影响，其工作频率不能太高，同时受CMOS电路最高工作电压的限制，驱动电压受到限值。3.用专用混合集成驱动电路，国外很多生产IGBT器件的公司，为了解决IGBT驱动的可靠性问题，纷纷推出IGBT专用驱动电路，如美国MOTOROLA公司的MPD系列、日本东芝公司的KT系列、日本富士公司的EXB系列等。这些驱动电路抗干扰能力强，集成化程度高，速度快，保护功能完善，可实现IGBT的最优驱动，但一般价格比较昂贵，对于普通用户很难接受。以上三种普遍使用的驱动方法各有不足之处，而且运用起来都有限制，如没有考虑驱动信号和驱动电路的连接等问题。
技术实现思路
为了克服现有的IGBT驱动电路存在的问题，本技术提出了一种将驱动信号产生电路和驱动电路结合的系统，可以完善地驱动IGBT，充分发挥其性能，延长其使用寿命。为了实现上述专利技术目的，本技术采用的技术方案如下多功能电子开关驱动电路，该电路由触发信号产生电路、光电耦合电路和驱动电路三部分组成，所述触发信号采用数字芯片产生电路产生频率和占空比可调的信号；所述光电耦合电路将触发信号产生电路和驱动电路隔离，驱动信号通过光电耦合电路的隔离传输至驱动电路；所述驱动电路中，由驱动芯片、肖恩特二极管和电容组成自举电路，对开关器件发射极电压浮动或恒定的开关电路能够稳定触发。本技术的有益效果是第一，本技术将信号产生电路与驱动电路结合为一体，体积较小，功能丰富，满足各种开关电路需要，触发稳定。第二，本技术通过单片机产生多种信号，信号稳定，抗干扰能力强，满足了中小功率变换装置对驱动信号的要求， 通过改变单片机程序可以更广泛的满足各种电路对驱动信号的要求。第三，本技术能驱动各种开关电路，对于高压侧接地或者悬浮的电路都能胜任驱动要求。第四，本技术充分考虑电路的抗干扰要求，通过光电耦合器连接信号电路和驱动电路，提高了电路的抗干扰性，使整个电路能够安全可靠地驱动各种开关器件，比如M0SFET、场效应管和IGBT。附图说明图1是本技术结构示意图。图2是本技术的电路原理图。图3是信号产生电路通过按钮选择所需波形，数码显示波形频率及占空比。图4是实施例中驱动开关器件发射极接地电路的原理图。图5为实施例中BUCK降压主电路。图6为实施例中单片机电路产生的信号波形。图7为实施例中驱动信号与触发信号的对比波形。图8为实施例中BUCK电路电感电流波形。图9为实施例中负载电压波形。具体实施方式下面具体讲述如何利用本技术来驱动BUCK电路。本实施例采用AT89S51单片机1片，74LS08与门芯片一片，NEC2501光耦芯片一片，顶2110驱动芯片一片，肖恩特二极管一个，电阻4个，电容5个构成。实例中主电路元器件包括2mH电感，IOuF电容，二极管及50 Ω负载电阻。电路原理图如图2所示，触发信号产生电路采用AT89S51型单片机，通过5V电源供电，频率选择按钮连接到Pl. 6，占空比选择按钮连接到Pl. 7，两者通过74LS08芯片把按键信号传输给中断端口 Ρ3. 3，信号通过引脚Pl. 0输出，由光耦芯片接入引脚3，引脚4输出信号，接入顶2110芯片10号引脚HIN可驱动高压侧电压悬浮的开关电路，高压侧驱动引脚 7通过电阻10 Ω与IGBT栅极连接，5号引脚Vs端与发射极相连，6号引脚通过肖恩特二极管连接到电源，通过电容IuF连接到5号引脚Vs构成自举电路。信号产生电路从Ρ1.0产生稳定的方波型号，运用中断方式对按键响应，增强芯片的稳定性，与Pl. 6相连的按键触控制信号的频率，与Pl. 7相连的按键控制信号的占空比。 信号产生利用定时器0以工作方式2产生，最大频率可达20ΚΗζ，占空比可在0. 25和0. 75 之间调节，如图3所示。利用单片机产生信号具有以下优点，输出信号稳定，不受电源电压波动的影响，数字电路具有模拟电子电路难以比拟的稳定性，而且易于实现调节，不会受到温度升高的影响，对于一般的开关电路其开关频率已经足够。驱动芯片和肖恩特二极管以及电容构成自举电路，应用于开关器件发射极电压浮动的电路，例如BUCK降压电路和BUCK-BOOST升降压电路及桥式电路上管。驱动芯片本身具有光耦隔离和电磁隔离的优点，运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：褚鹏超，郑玉莲，孙频东，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：实用新型
国别省市：