專利名稱：利用脈沖調(diào)制解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的igbt驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合集成型IGBT驅(qū)動(dòng)電路，特別涉及一種利用脈沖調(diào)制解調(diào) 方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有較高的電流容量及電壓耐量，其開關(guān)頻 率高、導(dǎo)通飽和壓降低、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)簡單，其在中、大功率變換系統(tǒng)中 -彈到廣泛應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電路作為控制電路與功率器件之間的橋梁，在充分利用 IGBT的性能及提高功率系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性方面起著至關(guān)重要的作用。IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的功能是，將來自于控制電路的控制信號經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換為具有足夠功率 的控制信號，來保證IGBT的可靠開通與關(guān)斷。
為了能可靠地驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件IGBT,目前已有很多成熟電路。當(dāng)控制信 號與功率器件不需要隔離時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較簡單，現(xiàn)已有一些優(yōu)秀的驅(qū)
動(dòng)集成電路，如IR2110等。當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)器的輸入端與輸出端電氣隔離時(shí)， 一般 需要采取兩種途徑，即采用光電耦合器，或是利用脈沖變壓器來提供電氣隔離。 光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是體積小巧，其主要缺點(diǎn)是(l)反應(yīng)較慢，因而具有較 大的延遲時(shí)間(高速型光耦一般也大于500ns); (2)光電耦合器的輸出級需要 隔離的輔助電源供電。用脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件有三種方法無 源、有源和自給電源驅(qū)動(dòng)，簡述如下
無源方法就是用變壓器次級的輸出直接驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，其方法簡單，也 不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電源。但由于絕緣柵功率器件的柵源電容Cgs—般較大，使
得柵源間的波形Vgs將有明顯變形。除非將初級的輸入信號改為具有一定功率 的大信號才能滿足要求，這相應(yīng)使得脈沖變壓器應(yīng)取較大體積。
有源方法中，變壓器只提供隔離的信號，在次級另有整形放大電^各來驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件，當(dāng)然驅(qū)動(dòng)波形好，但是需要另外提供隔離的輔助電源供給放 大器。如果輔助電源處理不當(dāng)，可能會引進(jìn)寄生的干擾。
自給電源驅(qū)動(dòng)方法中，寬脈沖調(diào)制型自給電源的變壓器隔離技術(shù)最為經(jīng) 典，即對PWM控制信號進(jìn)行高頻(幾個(gè)兆赫以上)調(diào)制，并將調(diào)制信號加在
隔離脈沖變壓器的初級，在次級通過直接整流得到自給電源，而原PWM調(diào)制 信號則需經(jīng)過解調(diào)取得。顯然，這種方法并不簡單，其另一缺點(diǎn)是PWM的解 調(diào)要增加信號的延時(shí)，僅適于傳遞較低頻率的PWM信號。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用脈沖調(diào)制解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳 遞的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其傳輸延遲時(shí)間短，不受控制信號頻率與占空比限制， 可在高頻與低頻范圍有效工作。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 一種利用脈沖調(diào)制解
調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，依次包括
一脈沖調(diào)制電路，將控制信號調(diào)制成所需的窄脈沖； 一脈沖變壓器，將窄脈沖從其初級繞組傳遞到次級繞組； 一脈沖解調(diào)電路，將脈沖變壓器傳遞過來的窄脈沖還原為控制信號。 優(yōu)選地，所述脈沖解調(diào)電路電路設(shè)置于所述脈沖變壓器的次級，其包括 一邏輯門電路，連接所述脈沖變壓器的次級輸出端，用于變換所述脈沖變
壓器傳遞過來的窄脈沖；
一保持電路，并接于所述邏輯門電路的輸入端與輸出端之間，在控制信號
跳變前鎖定所述邏輯門電路的輸出端電平。 所述邏輯門電路包括串接的兩個(gè)非門。 優(yōu)選地，所述邏輯門電路包括串接的兩個(gè)與非門。
優(yōu)選地，所述邏輯門電路包括一個(gè)與門，其中所述與門的一個(gè)輸入端通過 限流電阻后接于電源正端。優(yōu)選地，所述邏輯門電路包括兩個(gè)串接的或非門。
優(yōu)選地，所述保持電i 各包括串接的一個(gè)二極管和一個(gè)限流電阻。
優(yōu)選地，所述脈沖調(diào)制電踏二沒置于所述脈沖變壓器的初級，其包括串4妄的
一個(gè)限流電阻、兩個(gè)并接的三極管及一個(gè)電容；所述兩個(gè)三極管工作在飽和區(qū)， 其中一個(gè)為NPN型，另一個(gè)為PNP型。
優(yōu)選地，還包括一功率放大電路，接于所述脈沖解調(diào)電路的輸出端，用于 將還原的控制信號放大，以驅(qū)動(dòng)IGBT。
優(yōu)選地，還包括一保護(hù)電路，輸入端連接所述脈沖解調(diào)電路，輸出端連接 所述功率放大電路，在過流或短路時(shí)使IGBT關(guān)斷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的利用脈沖調(diào)制解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的 IGBT驅(qū)動(dòng)電路，采用IGBT驅(qū)動(dòng)的窄脈沖邊緣調(diào)制變壓器隔離技術(shù)，即將控 制信號轉(zhuǎn)化為窄脈沖后再經(jīng)脈沖變壓器進(jìn)行傳遞、解調(diào)。由于變壓器傳遞的為 固定脈寬的窄脈沖，可以采用較小尺寸的變壓器，在控制信號的頻率較低時(shí)也 不會飽和?；谠撜{(diào)制解調(diào)技術(shù)的IGBT驅(qū)動(dòng)器，不僅傳輸延遲時(shí)間短，不受 控制信號頻率與占空比限制，可在高頻與低頻范圍有效工作，而且其性能可靠、 電路簡單、成本低廉。


圖1為本發(fā)明利用脈沖調(diào)制解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的IGBT驅(qū)動(dòng)電路的功 能才匡圖2為圖1所示IGBT驅(qū)動(dòng)電路第一實(shí)施例的電路原理圖，其中脈沖解調(diào) 電路采用兩個(gè)非門構(gòu)成反向器；
圖3為圖2所示IGBT驅(qū)動(dòng)電路中脈沖調(diào)制與解調(diào)示意圖4為圖1所示IGBT驅(qū)動(dòng)電路第二實(shí)施例的電路原理圖，其中采用與非 門實(shí)現(xiàn)脈沖解調(diào)電路；
圖5為圖1所示IGBT驅(qū)動(dòng)電路第三實(shí)施例的電路原理圖，其中采用與門實(shí)現(xiàn)脈沖解調(diào)電路；
圖6為圖1所示IGBT驅(qū)動(dòng)電路第四實(shí)施例的電^各原理圖，其中采用或非 門實(shí)現(xiàn)脈沖解調(diào)電路。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，將控制信號轉(zhuǎn)化為窄脈沖，經(jīng)脈沖變壓器傳遞后再 進(jìn)行解調(diào)，還原為控制信號。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步描述。
請參見圖1,本發(fā)明利用脈沖調(diào)制解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的IGBT驅(qū)動(dòng)電 路，包括
脈沖調(diào)制電路l,將控制信號調(diào)制成所需的窄脈沖； 脈沖變壓器T，將窄脈沖從其初級繞組傳遞到次級繞組； 脈沖解調(diào)電路2，將脈沖變壓器T傳遞過來的窄脈沖還原為控制信號； 功率放大電路3，將還原的控制信號放大，以驅(qū)動(dòng)IGBT。 保護(hù)電路4，輸入端連接脈沖解調(diào)電路2，輸出端連接功率放大電路3，在 IGBT發(fā)生過流或短路時(shí)啟動(dòng)，保護(hù)IGBT即時(shí)關(guān)斷。該保護(hù)電路4設(shè)有故障監(jiān) 測端口，用以監(jiān)測故障狀態(tài)。
參見圖2，脈沖調(diào)制電路1位于脈沖變壓器T的初級一側(cè)，由一個(gè)限流電 阻R1、兩個(gè)并接并工作在飽和區(qū)的三極管Ql、 Q2、 一個(gè)電容C1依次串接組 成，其中，三極管Ql為NPN型，三極管Q2為PNP;三極管Ql 、 Q2的射極、 基極分別連在一起，而兩者的集極分別接于電源VD、地。該調(diào)制電路l的工 作原理是
當(dāng)端口 VIN、 GND輸入的控制信號為高電平時(shí)，三極管Ql開通，三極 管Q2截止，Cl開始儲能，脈沖變壓器T初級電感兩端的電壓為正，電容的 特性為交流導(dǎo)通直流截止；當(dāng)C1充電飽和后，將回路斷開，脈沖變壓器初級 電感兩端的電壓為零并保持至輸入的脈沖信號變?yōu)榈碗娖?0),輸入方波信
7號的上升沿將因此變?yōu)檎虻恼}沖信號。
當(dāng)輸入的控制信號由高電平轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，三極管Ql截止，Q2開通， 電容Cl經(jīng)三極管Q2及脈沖變壓器T的初級電感形成回路開始放電，脈沖變 壓器T初級電感兩端的電壓為負(fù)；當(dāng)電容C1的電能釋^:為零后，脈沖變壓器 T初級電感兩端的電壓為低電平并保持至下一次輸入的脈沖信號變?yōu)楦唠娖健?這樣輸入方波信號的下降沿將因此變?yōu)樨?fù)向的窄脈沖信號。
脈沖變壓器T的作用為將調(diào)制出來的正、負(fù)窄脈沖信號從脈沖變壓器的初
脈沖解調(diào)電路2由非門U1A、 U1B、電阻R2、 R3、 R4、 二極管Dl等元 件組成，其工作原理是
當(dāng)輸入的控制信號為高電平時(shí)，脈沖變壓器T初級傳遞過來正窄脈沖信 號；經(jīng)限流電阻R2，在非門U1A輸入端處為高電平，經(jīng)非門U1A后變?yōu)榈?電平，再經(jīng)非門U1B后變?yōu)楦唠娖?；在非門U1B輸出端出來的高電平信號使 二極管D1導(dǎo)通，流經(jīng)R4后返回到非門U1A輸入端一個(gè)高電平信號，將非門 U1A的輸入端保持為高電平，從而使U1B輸出端的信號封鎖在高電平處，直 至脈沖變壓器T初級傳遞過來一個(gè)負(fù)的窄脈沖為止;至此，正窄脈沖信號被還 原為原來的正方波脈沖信號。
當(dāng)輸入的控制信號為低電平時(shí)，脈沖變壓器T初級傳遞過來的負(fù)窄脈沖信 號經(jīng)限流電阻R2，在非門U1A輸入端處為低電平，經(jīng)非門U1A后變?yōu)楦唠?平，經(jīng)非門U1B后變?yōu)榈碗娖剑籇l處于反相截止?fàn)顟B(tài)，D1與R4組成的回路 斷開，非門U1B輸出端的低電平，在此段時(shí)間將一直保持在低電平處，直至 脈沖變壓器T初級傳遞過來一個(gè)正的窄脈沖為止。
圖2所示電路的具體工作過程為驅(qū)動(dòng)脈沖信號(即控制信號)經(jīng)Cl與 三極管Q1、 Q2組成的脈沖調(diào)制電路l將驅(qū)動(dòng)脈沖信號轉(zhuǎn)化為正、負(fù)窄脈沖信 號并傳遞到脈沖變壓器T初級；經(jīng)脈沖變壓器T耦合到次級一側(cè)，由反向器U1A、 U2B及R4和D1組成的脈沖解調(diào)電路，將窄脈沖信號還原為控制信號； 再經(jīng)功率放大電路，將驅(qū)動(dòng)脈沖放大驅(qū)動(dòng)IGBT。而當(dāng)IGBT發(fā)生過流或短路， 保護(hù)電路4將啟動(dòng)，保護(hù)IGBT即時(shí)關(guān)斷。
參見圖3,其脈沖調(diào)制與解調(diào)過程表明，IGBT驅(qū)動(dòng)電路的信號傳輸延遲 時(shí)間短，其不受控制信號頻率與占空比限制，可在高頻與低頻范圍有效工作。
上述實(shí)施例中，脈沖解調(diào)電路2的主要功能在于通過邏輯門電路及變換 信號的邏輯關(guān)系；同時(shí)，將邏輯門電路輸出的端得信號通過二極管D1及電阻 R4反饋到邏輯門的輸入端，以達(dá)到保持信號的目的；從而將尖的脈沖信號整 形為方波脈沖信號，達(dá)到解調(diào)的目的。顯然，通過不同的邏輯門器件及二才及管、 電阻等組合后都能達(dá)到此目的，只是在邏輯門器件的選擇和鏈接方式的選擇上 不同，以下舉例說明。
參見圖4，相對第一實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，兩個(gè)串聯(lián)的非門U1A、 U1B換 成與非門U1C、 U1D 。
如圖5所示，相對第一實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，兩個(gè)串聯(lián)的非門U1A、 U1B 換成一個(gè)與門U1E，另外該與門U1E的電源輸入正VCC處需要串入一個(gè)限流 電阻R5。
參見圖6,相對第一實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，兩個(gè)串聯(lián)的非門U1A、 U1B換 成或非門U1F、 U1G。
以上幾種優(yōu)選實(shí)施方式體現(xiàn)了本發(fā)明電路集成度高、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng) 等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各類IGBT的驅(qū)動(dòng)及信號傳遞電路。
以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng) 視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。 對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可 以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種利用脈沖調(diào)制解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，依次包括一脈沖調(diào)制電路，將控制信號調(diào)制成所需的窄脈沖；一脈沖變壓器，將窄脈沖從其初級繞組傳遞到次級繞組；一脈沖解調(diào)電路，將脈沖變壓器傳遞過來的窄脈沖還原為控制信號。
2、 如權(quán)利要求1所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述脈沖解調(diào)電路電路設(shè)置于所述脈沖變壓器的次級，其包括一邏輯門電路，連接所述脈沖變壓器的次級輸出端，用于變換所述脈沖變壓器傳遞過來的窄脈沖；一保持電路，并接于所述邏輯門電路的輸入端與輸出端之間，在控制信號跳變前鎖定所述邏輯門電路的輸出端電平。
3、 如權(quán)利要求2所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述邏輯門電路包括串接的兩個(gè)非門。
4、 如權(quán)利要求2所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述邏輯門電路包括串接的兩個(gè)與非門。
5、 如權(quán)利要求2所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述邏輯門電路包括一個(gè)與門，其中所述與門的一個(gè)輸入端通過限流電阻后接于電源正端。
6、 如權(quán)利要求2所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述邏輯門電路包括兩個(gè)串接的或非門。
7、 如權(quán)利要求2所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述保持電路包括串接的 一個(gè)二4及管和 一個(gè)限流電阻。
8、 如權(quán)利要求1所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述脈沖調(diào)制電路設(shè)置于所述脈沖變壓器的初級，其包括串接的一個(gè)限流電阻、兩個(gè)并接的三極管及一個(gè)電容；所述兩個(gè)三極管工作在飽和區(qū)，其中一個(gè)為NPN型，另一個(gè)為PNP型。
9、 如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還包括一功率放大電路，接于所述脈沖解調(diào)電路的輸出端，用于將還原的控制信號放大，以驅(qū)動(dòng)IGBT。
10、 如權(quán)利要求9所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還包括一保護(hù)電路，輸入端連接所述脈沖解調(diào)電路，輸出端連接所述功率放大電路，在過流或短路時(shí)使IGBT關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用脈沖調(diào)制解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)信號傳遞的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，依次包括一脈沖調(diào)制電路，將控制信號調(diào)制成所需的窄脈沖；一脈沖變壓器，將窄脈沖從其初級繞組傳遞到次級繞組；一脈沖解調(diào)電路，將脈沖變壓器傳遞過來的窄脈沖還原為控制信號。基于該調(diào)制解調(diào)技術(shù)的IGBT驅(qū)動(dòng)器，傳輸延遲時(shí)間短，不受控制信號頻率與占空比限制，可在高頻與低頻范圍有效工作。
文檔編號H03K17/567GK101640527SQ200910041980
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者尹向陽 申請人:廣州金升陽科技有限公司