改善型磁隔离IGBT驱动电路的制作方法

本发明涉及一种驱动电路，尤其是一种改善型磁隔离IGBT驱动电路，属于IGBT驱动技术领域。

背景技术：

随着电力电子技术的快速发展，出现了很多新的性能优秀的拓扑，如DC-AC家族里面的多电平逆变电路，拓扑的快速发展推动了其隔离驱动的需求。正因如此，各种隔离驱动方案应运而生，其中磁隔离驱动方案具有电路简单、不易损坏、低成本等优势，故磁隔离在当今的浮地驱动拓扑中有很高的使用率，但目前基于磁隔离驱动无法提供负压关断、抗干扰能力较弱、不适宜大占空比驱动等缺陷也限制了其更广阔的应用空间。

绝缘栅双极晶体管IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既具有功率MOSFET输入阻抗高、工作速度快、易驱动的优点，又具有双极达林顿功率管GTO饱和电压低、电流容量大、耐压高的优点，能正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率设备（如变频器、UPS电源、光伏逆变器、高频焊机等）应用中占据了主导地位。

隔离驱动电路的目标是应用有限的器件，提供尽量可能可靠、性能尽量好的隔离驱动方案。

目前，传统的磁隔离驱动电路有图1和图2两种方式。其中，图1电路属于传统的磁隔离驱动方案，在实际应用过程中，由于隔直电容需要提供给变压器一个反向的电压以供变压器磁恢复，而其压降是与驱动脉宽成正比，故此电路只适用于驱动脉宽较小的领域，如开关电源领域。针对此情况，提出图2改进型的磁隔离驱动电路，其电路因加入了自举二极管、自举电容而较好的补偿了原边损失的脉冲幅值，而得到广泛应用；但图2所示电路因为没有二次侧电源，故其无法提供负压关断而导致其抗干扰性能较弱，而导致IGBT无法快速关断甚至误导通，上述缺点都使其无法应用在较大功率等级的设备中。

图1和图2针对需要磁隔离驱动的拓扑（如多电平逆变器、BUCK降压器、H4逆变桥等），无法满足大功率、干扰较严重的工况下的磁隔离驱动需求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种改善型磁隔离IGBT驱动电路，其电路结构简单，易于实现，抗干扰性能好，能够应用到功率等级更高，工作环境更加恶劣的电力电子设备中。

按照本发明提供的技术方案，所述改善型磁隔离IGBT驱动电路，其特征是：包括隔离驱动变压器、原边驱动电路、副边驱动电路和副边驱动轨电路；

所述原边驱动电路包括驱动发生模块、驱动放大模块、原边隔直电容C1和原边阻尼电阻R1；所述隔离驱动变压器包括原边绕组N1、第一副边绕组N2和第二副边绕组N3；所述副边驱动电路包括副边自举电容C6、副边自举二极管D2、副边推挽驱动电阻R3和推挽电路；所述副边驱动轨电路包括副边整流二极管D1、副边稳压二极管ZD1、稳压电阻R2、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和滤波电容C5；

所述原边隔直电容C1和原边阻尼电阻R1串联，并与隔离驱动变压器原边绕组N1串联；

所述第一副边绕组N2的一端连接副边整流二极管D1的正极，副边整流二极管D1的负极分别连接副边稳压二极管ZD1的阴极、滤波电容C2的一端、滤波电容C4的一端和推挽电路；所述第一副边绕组N2的另一端分别连接稳压电阻R2的一端、滤波电容C3的一端、滤波电容C5的一端和推挽电路；所述副边稳压二极管ZD1的阳极分别连接稳压电阻R2的另一端、滤波电容C2的另一端、滤波电容C3的另一端、滤波电容C4的另一端、滤波电容C5的另一端、以及IGBT器件的发射极；

所述第二副边绕组N3的一端连接副边自举电容C6的一端，副边自举电容C6的另一端分别连接副边自举二极管D2的负极和副边推挽驱动电阻R3的一端，副边推挽电阻R3的另一端连接推挽电路；所述第二副边绕组N3的另一端分别连接副边自举二极管D2的正极和推挽电路；

所述推挽电路包括功率管Q1和功率管Q2，功率管Q1与功率管Q2直接串联，串联的中点与IGBT器件的G极相连。

进一步的，所述功率管Q1的D极与副边驱动轨电路中的稳压管ZD1的阴极相连，功率管Q2的S极与副边驱动地以及滤波电容C3、滤波电容C5和稳压电阻R2相连。

本发明的优点：通过增加副边绕组，对其电压进行整流滤波后进行稳压，并构造出IGBT的驱动地以及驱动IGBT所需要的正负电源轨，通过在驱动副边增加推挽去进行IGBT的驱动，这样可以提供负电压驱动电平给IGBT，使IGBT的噪声容限更加高，抗干扰能力更加好，也可以使IGBT本身固有的拖尾等开关特性得到优化，缩小了IGBT串联应用的死区时间，变相扩大了该磁隔离驱动方案的应用场合。

附图说明

图1为现有技术方案典型磁隔离IGBT驱动电路示意图。

图2为现有技术方案改进型磁隔离IGBT驱动电路示意图。

图3为本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图3所示，本发明所述改善型磁隔离IGBT驱动电路包括驱动发生模块、驱动放大模块、隔离驱动变压器、原边驱动电路、副边驱动电路和副边驱动轨电路。具体地包括：原边隔直电容C1、原边阻尼电阻R1、副边自举电容C6、副边自举二极管D2、副边推挽驱动电阻R3、推挽电路、副边整流二极管D1、副边稳压二极管ZD1、稳压电阻R2、第一滤波电容C2、第二滤波电容C3、第三滤波电容C4、第四滤波电容C5、以及浮地驱动IGBT。

所述隔离驱动变压器用于将所述脉宽信号进行隔离处理、获取隔离信号、并将隔离信号传递给副边驱动电路以及副边整流滤波电路构造出驱动地以及驱动正负电源轨。

所述副边驱动电路用于无损传递驱动信号，并通过推挽电路驱动相应IGBT器件。

所述副边驱动轨电路用于产生驱动IGBT所用的正负电源轨，其包含任意驱动幅值参数。

所述原边驱动电路包括驱动发生模块、驱动放大模块、原边隔直电容C1和原边阻尼电阻R1；所述隔离驱动变压器包括原边绕组N1、第一副边绕组N2和第二副边绕组N3；所述副边驱动电路包括副边自举电容C6、副边自举二极管D2、副边推挽驱动电阻R3、推挽电路。

所述原边隔直电容C1、原边阻尼电阻R1串联，并与隔离驱动变压器原边绕组N1串联。

所述推挽电路包括功率管Q1和功率管Q2，功率管Q1与功率管Q2直接串联，串联的中点与IGBT器件的G极相连，此处省略驱动电阻Rg。所述功率管Q1的D极与副边驱动轨电路中的稳压管ZD1的阴极相连，功率管Q2的S极与副边驱动地以及滤波电容C3、滤波电容C5和稳压电阻R2相连。

所述隔离驱动变压器的原边绕组N1、第一副边绕组N2和第二副边绕组N3的匝数比例可以设置为任意符合驱动要求的设置。

所述副边驱动轨电路包括副边整流二极管D1、副边稳压二极管ZD1、稳压电阻R2、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和滤波电容C5，其中滤波电容C2和滤波电容C3串联，滤波电容C4和滤波电容C5串联，滤波电容C2和滤波电容C3的中点连接IGBT器件的E极，滤波电容C4和滤波电容C5的中点连接IGBT的E极，构造出IGBT器件的驱动地。

需要说明的是，隔离驱动变压器有可能是工作在反激模式，也有可能是正激模式，也有可能是组合模式。

还需要说明的是，驱动电阻Rg在示意图中未给出，因其可以为任意阻值关系，在此不做说明。

本发明实施例中，驱动发生模块与驱动放大模块，在电力电子领域中属于公知技术，故具体电路此处不再赘述。

所述副边驱动轨电路中，副边整流二极管D1应该放置在离驱动副边绕组较近的地方，避免高频信号的副边产生辐射，影响到其他设备正常工作。稳压二极管ZD1与稳压电阻R2选取时的注意点主要为稳压击穿深度对应的泄放电流与稳压电阻的功率匹配的关系，需要选择合适的稳压电阻，以避免该电路长期运行时的电阻过热失效问题。

本发明能够在不提供二次侧电源的基础上，改善了传统磁隔离驱动电路不能提供负压关断、抗干扰性较弱的技术缺陷。本发明能适应不同的IGBT，提供可靠、低成本的磁隔离驱动方案。