[发明专利]一种用于IGBT驱动器的信号隔离电路

说明书

 技术领域：

本发明涉及一种用于IGBT驱动器的信号隔离电路，具体涉及一种在IGBT驱动器一次控制方波信号和控制器输出的二次控制方波信号之间做隔离的电路。

背景技术：

大功率电力电子装置常常需要使用IGBT作为功率器件，IGBT和控制器的控制信号之间存在共模电压，因此需要在IGBT的驱动信号和控制器的控制信号之间做隔离。

目前市场上的驱动电路主要采用以下几种隔离方法：

1，          采用高速光耦隔离。这种隔离方法有几个缺点：

a)   成本较高，这种光耦需要达到高速、高隔离电压、高共模抑制能力、高输出电流的要求，制造工艺较复杂，因此成本较高。

b)  输入输出延迟大。虽然是高速光耦，但延迟大多在300纳秒至1微秒之间，大的延迟会使装置的控制特性变差，影响整机性能。

c)  共模抑制能力较低，基本上在30kv/us（千伏每微秒，下同）以下。在某些情况下，特别是冷态过流关断的情况下，IGBT的电压斜率可以达到60 kv/us，光耦的输出信号很容易受到干扰而出错。

2，          采用脉冲变压器隔离，即使用变压器将驱动功率从二次侧传输给IGBT。这种隔离方案可以实现较低的延迟，较高的共模能力（可以达到50 kv/us），并且不需要隔离电源，但它也有缺点：

a)   变压器体积大。由于脉冲变压器传送的信号频率不高（通常在20千赫兹以下），因此变压器体积比较大。

b)  共模抑制能力还不够好。由于变压器体积大，原边绕组和副边绕组匝数较多，因此原边和副边的耦合电容较大，导致共模抑制能力无法进一步提高。

c)  不能传送低频信号。当IGBT工作在过调制状态，或设备采用三电平电路，或全桥电路采用单极倍频调制模式下，驱动就需要传送远低于开关频率的信号。这种低频信号会使得脉冲变压器饱和，烧毁原边驱动电路，副边输出信号也会出错。

d)  不能传送占空比高的信号。为了使脉冲变压器工作于伏秒平衡状态，原边驱动电路经常采用半桥或串入电容隔离，无论哪种情况，电容上储存的电压为输入信号的平均电压，当输入信号的占空比大的时候，输出信号的幅值就比较低了，无法有效的驱动IGBT。

e)   信号边沿不够陡峭。脉冲变压器不但要传送信号，同时还要传送副边驱动电源所需功率，由于驱动电源带有大电容，要驱动此大电容必然使得驱动信号边沿变缓，否则将需要很大的驱动电流。过缓的驱动信号这将使得IGBT的损耗增大。

3，          高频脉冲调制变压器隔离方式，将驱动信号调制成高频信号后送到脉冲变压器初级，变压器次级再解调出驱动信号，隔离变压器同时传送驱动能量。

它的缺点是：

a)   成本较高。需要专用的集成电路，如TI的UC3724/UC3725集成电路对。

b)  驱动电流较小。UC3725的驱动峰值电流仅1A，无法驱动IGBT模块。

c)  驱动延迟仍然较大，驱动信号边沿不够陡峭。UC3724/UC3725的最大延迟为350纳秒（单脉冲），驱动信号边沿为90纳秒。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于IGBT驱动器的信号隔离电路，它能提供更小的信号延迟，更好的共模抑制能力，以及低廉的成本。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包括输入缓冲电路1、延时缓冲电路2、图腾柱驱动电路3、隔离变压器4、滤波电路5及信号还原电路6，输入缓冲电路1的输出端分别与图腾柱驱动电路3的输入端、延时缓冲电路2的输入端连接，且延时缓冲电路2的输出端与图腾柱驱动电路3的输入端连接，图腾柱驱动电路3的输出端与隔离变压器4的输入端连接，隔离变压器4的输出端与滤波电路5的输入端连接，滤波电路5的输出端与信号还原电路6的输入端连接。

本发明PWM信号经过输入缓冲电路1后分成两路，一路直接进入图腾柱驱动电路3，另一路经过延时缓冲电路2后进入图腾柱驱动电路3，图腾柱驱动电路3的输出接到隔离变压器4的两端，隔离变压器4的输出经过滤波电路5滤波后进入信号还原电路6还原成PWM信号隔离输出。

本发明能提供更小的信号延迟，更好的共模抑制能力，以及低廉的成本。

附图说明：

图1是本发明的结构框图。

具体实施方式：