一種智能功率模塊的驅動電路的製作方法

2023-05-05 06:12:21

本實用新型屬於驅動電路領域，具體涉及一種智能功率模塊的驅動電路。

背景技術：

近些年來，隨著電力電子技術的發展，新型電力電子器件不斷得到廣泛應用。IPM器件的應用使得電力電子裝置的性能、可靠性不斷提高，電路設計進一步簡化。IPM是IGBT智能模塊的簡稱，它以IGBT為基本功率開關元件，構成單相或三相變流器的專用功能模塊，尤其適合電動機變頻調速裝置的需要。一般IPM內部已含有驅動電路，但是使用IPM時，還是需要提供相應的驅動電源和開關控制信號，且必須滿足以下要求：①驅動電路需要提供穩定的，具有一定功率的15V驅動電源；②開關控制信號需要與IPM模塊有良好的電氣隔離；③開關控制信號傳輸延遲時間應小於0.5μs；④驅動控制電路應簡單可靠，體積小。

目前市場上已經有一些IPM專用的驅動電路，但是市面上的IPM專用驅動電路缺少獨立靈活的產品。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種特點鮮明，並且性能突出、穩定可靠的智能功率模塊的驅動電路，用來解決當前市場上現有相關產品比較缺少的情況。

首先需指出，本實用新型中的IPM是智能功率模塊的簡稱；本實用新型中的IGBT是絕緣柵雙極電晶體的簡稱。

本實用新型提供了一種智能功率模塊的驅動電路。本實用新型要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種智能功率模塊的驅動電路，包括：

多路相互電氣隔離的電源電路，用於為光電隔離電路和智能功率模塊內部電路供電；

開關控制電路，用於控制信號的輸入輸出，開關控制電路的輸入端與電源電路的輸出端連接，開關控制電路的輸出端與智能功率模塊的輸入端連接。

作為本實用新型的進一步限定，智能功率模塊上橋臂每個絕緣柵雙極電晶體分別連接一個電源電路，智能功率模塊的下橋臂連接一個電源電路。

作為本實用新型的進一步限定，該驅動電路包括四路相互電氣隔離的電源電路。

作為本實用新型的進一步限定，所述的電源電路包括一隔離電源晶片、電解電容和瓷片電容，所述電解電容和瓷片電容並聯後與隔離電源晶片的接線端子連接。

作為本實用新型的進一步限定，該驅動電路還包括為智能功率模塊提供隔離後的開關控制信號的多路光電隔離電路，所述光電隔離電路的輸入端與電源電路的輸出端連接，其輸出端與智能功率模塊的輸入端連接。

作為本實用新型的進一步限定，所述光電隔離電路包括光電隔離晶片、至少兩個並聯的小功率電阻、瓷片電容和至少兩個並聯的二極體，所述小功率電阻連接光電隔離晶片的輸入端，所述二極體、瓷片電容分別連接光電隔離晶片的輸出端。

作為本實用新型的進一步限定，所述光電隔離電路為三對六路光電隔離電路。

作為本實用新型的進一步限定，該驅動電路還包括為智能功率模塊提供隔離後的開關控制信號的電源指示電路，電源指示電路與電源電路並聯。

本實用新型的有益效果：

本實用新型是一種特點鮮明，並且性能突出、穩定可靠的智能功率模塊的驅動電路，解決了市場上找不到非常合適的針對於IPM的專用驅動電源的問題。本實用新型是結合高速功率光電隔離電路和隔離電源晶片，具有結構簡單、體積小、信號傳輸延遲小、電路的可靠性高等優點，十分適宜用於高速IPM模塊的驅動控制。

以下將結合附圖及實施例對本實用新型做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是本實用新型中第一條電源電路電氣原理圖；

圖2是本實用新型中第二條電源電路電氣原理圖；

圖3是本實用新型中第三條電源電路電氣原理圖；

圖4是本實用新型中第四條電源電路電氣原理圖；

圖5是本實用新型中牛角接線端子P1示意圖；

圖6是本實用新型中牛角接線端子P2示意圖；

圖7是本實用新型中第一對光電隔離電路電氣原理圖；

圖8是本實用新型中第二對光電隔離電路電氣原理圖；

圖9是本實用新型中第三對光電隔離電路電氣原理圖。

具體實施方式

為進一步闡述本實用新型達成預定目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及實施例對本實用新型的具體實施方式、結構特徵及其功效，詳細說明如下。

實施例1：

一種IPM的驅動電路，包括：多路相互電氣隔離的電源電路，用於為光電隔離電路和IPM內部電路供電；開關控制電路，用於控制信號的輸入輸出，開關控制電路的輸入端與電源電路的輸出端連接，開關控制電路的輸出端與IPM的輸入端連接。其中，IPM上橋臂每個絕緣柵雙極電晶體分別連接一個電源電路，IPM的下橋臂連接一個電源電路；電源電路包括一隔離電源晶片、電解電容和瓷片電容，電解電容和瓷片電容並聯後與隔離電源晶片的接線端子連接。

優選地，該驅動電路包括四路相互電氣隔離的15V電源電路；四路互相電氣隔離的15V電源電路，第一路、第二路、第三路和第四路都包括1個15V轉15V的隔離電源晶片WRB1215S，2個50V33μF的電解電容，1個25V10μF的電解電容，2個0.1μF的瓷片電容。開關控制信號輸入輸出端子電路，輸入端子為10P的牛角座，輸出端子為適配型號為PM50CLA120的IPM的端子。

實施例2：

與上述實施例不同之處,在於該驅動電路還包括為IPM提供隔離後的開關控制信號的多路光電隔離電路，光電隔離電路的輸入端與電源電路的輸出端連接，光電隔離電路的輸出端與IPM的牛角座接線端子電路相連，和/或，為IPM提供隔離後的開關控制信號的電源指示電路。其中，光電隔離電路包括光電隔離晶片、至少兩個並聯的小功率電阻、瓷片電容和至少兩個並聯的二極體，小功率電阻連接光電隔離晶片的輸入端，二極體、瓷片電容分別連接光電隔離晶片的輸出端；光電隔離電路為三對六路光電隔離電路。電源指示電路包括一小功率電阻、一LED燈。

實施例3：

參照實施例一、實施例二，本實施例選取了三菱公司型號為PM50CLA120的50A1200V的IPM而設計的驅動電路，輸出三對互補共六路控制信號，滿足驅動IPM所需的所有條件，且使用隔離DCDC電源和光電隔離組合的方案使得電路精簡，電路板直接安裝在IPM上體積較小，保護功能齊全，結構上獨立靈活的創新特點。

參照圖1-圖9，本實用新型通過以下電路實現：四路互相電氣隔離的15V電源電路，為光電隔離電路和IPM內部電路供電；三對六路光電隔離電路，為IPM提供隔離後的開關控制信號；開關控制信號輸入輸出端子電路；電源指示電路。

四路互相電氣隔離的15V電源電路，第一路、第二路、第三路和第四路都包括1個15V轉15V的隔離電源晶片WRB1215S，2個50V33μF的電解電容，1個25V10μF的電解電容，2個0.1μF的瓷片電容。

三對六路光電隔離電路，第一路、第二路、第三路、第四路、第五璐和第六路光電隔離電路都包括1個150Ω小功率電阻，1個25V10μF的鉭電解電容，1個0.1μF的瓷片電容，1個SS14的肖特基二極體，1個15V的穩壓二極體，1個0Ω小功率電阻。

開關控制信號輸入輸出端子電路，輸入端子為10P的牛角座，輸出端子為適配型號為PM50CLA120的IPM的端子。

與電源電路並聯的電源指示電路，包括1個1KΩ小功率電阻，1個綠色直徑3mm的LED燈，小功率電阻與LED燈串聯。

將各個功能電路有機有序的連接起來，就可以實現設計的輸出。具體地說，參照圖1、圖5和圖6，+15V供電電源從牛角座接線端子P2的1和6、2和7引腳接入。隔離電源晶片U1的2引腳接+15V，1引腳接GND；電解電容C1與瓷片電容C5並聯，之後其中C1的正極接U1的2引腳，C1的負極接U1的1引腳；U1的6引腳接端子P1的4引腳，U1的7引腳接P1的1引腳；電解電容C2與瓷片電容C6並聯，之後C2的正極接U1的6引腳，C2的負極接U1的7引腳；電解電容C9的正極接U1的8引腳，C9的負極接U1的7引腳。

參照圖2、圖5和圖6，隔離電源晶片U2的2引腳接+15V，1引腳接GND；電解電容C3與瓷片電容C7並聯，之後C3的正極接U2的2引腳，C3的負極接U2的1引腳；U2的6引腳接端子P1的8引腳，U2的7引腳接P1的5引腳；電解電容C4與瓷片電容C8並聯，之後C4的正極接U2的6引腳，C4的負極接U2的7引腳；電解電容C10的正極接U2的8引腳，C10的負極接U2的7引腳。

參照圖3、圖5和圖6，隔離電源晶片U3的2引腳接+15V，1引腳接GND；電解電容C11與瓷片電容C15並聯，之後C11的正極接U3的2引腳，C11的負極接U3的1引腳；U3的6引腳接端子P1的12引腳，U3的7引腳接P1的9引腳；電解電容C12與瓷片電容C16並聯，之後C12的正極接U3的6引腳，C12的負極接U3的7引腳；電解電容C19的正極接U3的8引腳，C19的負極接U3的7引腳。

參照圖4、圖5和圖6，隔離電源晶片U4的2引腳接+15V，1引腳接GND；電解電容C13與瓷片電容C17並聯，之後C13的正極接U4的2引腳，C13的負極接U4的1引腳；U4的6引腳接端子P1的14引腳，U4的7引腳接P1的13引腳；電解電容C14與瓷片電容C18並聯，之後C14的正極接U4的6引腳，C14的負極接U4的7引腳；電解電容C20的正極接U4的8引腳，C20的負極接U4的7引腳。

參照圖5、圖6和圖7，第一對光電隔離電路中第一路由牛角座接線端子P2的5引腳引入，通過電阻R1之後接光電隔離晶片U5的2引腳，第二路由牛角座接線端子P2的10引腳引入，通過電阻R4之後接U5的3引腳；U5的8引腳接P1的4引腳，U5的5引腳接P1的1引腳；電解電容C21與瓷片電容C24並聯，之後C21的正極接U5的8引腳，C21的負極接U5的5引腳；U5的6引腳接肖特基二極體D1的陽極，D1的陰極接穩壓二極體D4的陰極，D4的陽極接U5的5引腳；U5的6引腳與7引腳相連後通過電阻R5後接P1的3引腳。光電隔離晶片U8的2引腳接U5的3引腳，U8的3引腳接U5的2引腳；電解電容C27與瓷片電容C30並聯，之後C27的正極接U8的8引腳，C27的負極接U8的5引腳；U8的6引腳接肖特基二極體D7的陽極，D7的陰極接穩壓二極體D10的陰極，D10的陽極接U8的5引腳；U8的6引腳與7引腳相連後通過電阻R10後接P1的16引腳。

參照圖5、圖6和圖8，第二對光電隔離電路中的第一路由牛角座接線端子P2的4引腳引入，通過電阻R2之後接光電隔離晶片U6的2引腳，第二路由牛角座接線端子P2的9引腳引入，通過電阻R6之後接U6的3引腳；U6的8引腳接P1的8引腳，U6的5引腳接P1的5引腳；電解電容C22與瓷片電容C25並聯，之後C22的正極接U6的8引腳，C22的負極接U6的5引腳；U6的6引腳接肖特基二極體D2的陽極，D2的陰極接穩壓二極體D5的陰極，D5的陽極接U6的5引腳；U6的6引腳與7引腳相連後通過電阻R7後接P1的7引腳。光電隔離晶片U9的2引腳接U6的3引腳，U9的3引腳接U6的2引腳；電解電容C28與瓷片電容C31並聯，之後C28的正極接U9的8引腳，C28的負極接U9的5引腳；U9的6引腳接肖特基二極體D8的陽極，D8的陰極接穩壓二極體D11的陰極，D11的陽極接U9的5引腳；U9的6引腳與7引腳相連後通過電阻R11後接P1的17引腳。

參照圖5、圖6和圖9，第三對光電隔離電路中第一路由牛角座接線端子P2的3引腳引入，通過電阻R3之後接光電隔離晶片U7的2引腳，第二路由牛角座接線端子P2的8引腳引入，通過電阻R8之後接U7的3引腳；U7的8引腳接P1的12引腳，U7的5引腳接P1的9引腳；電解電容C23與瓷片電容C26並聯，之後C23的正極接U7的8引腳，C23的負極接U7的5引腳；U7的6引腳接肖特基二極體D3的陽極，D3的陰極接穩壓二極體D6的陰極，D6的陽極接U7的5引腳；U7的6引腳與7引腳相連後通過電阻R9後接P1的11引腳。光電隔離晶片U10的2引腳接U7的3引腳，U10的3引腳接U7的2引腳；電解電容C29與瓷片電容C32並聯，之後C29的正極接U10的8引腳，C29的負極接U10的5引腳；U10的6引腳接肖特基二極體D9的陽極，D9的陰極接穩壓二極體D12的陰極，D12的陽極接U10的5引腳；U10的6引腳與7引腳相連後通過電阻R12後接P1的18引腳。

本實施例的驅動電路，採用高速功率輸出的光電隔離晶片HCPL3120使六路開關控制信號與IPM實現電氣隔離；開關控制信號傳輸延遲典型值0.3μs；IPM上橋臂每個IGBT的驅動都有獨立的功率3W15V的WRB1215S隔離電源模塊供電，下橋臂三個IGBT的驅動採用一個3W15V的WRB1215S隔離電源模塊供電，驅動功率足夠；光電隔離晶片輸入的控制信號具有上下橋臂互鎖功能，使得上下橋臂的光電隔離晶片輸出的控制信號不可能出現同時為高電平的情況，有效保護IPM出現致命的直通故障；光電隔離晶片輸出的控制信號具有15V電壓鉗位功能，防止過電壓損壞IPM；配備電源指示燈，開關控制信號的輸入採用牛角座接線端子，輸出直接可以焊接在IPM上；使用的晶片個數較少，電路簡單，性能可靠，印製電路板所佔面積小。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。