CN215956261U - 一种igbt驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT驱动电路，包括：包括：信号输入模块，所述信号输入模块包括第一输出端子；驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述第一输出端子连接，所述驱动模块还包括第二输出端子，所述第二输出端子连接有IGBT；过流保护模块，所述过流保护模块包括第一检测单元和过流软关断单元。本实用新型通过驱动模块输出IGBT的驱动信号以及驱动关断信号，达到控制IGBT工作状态的目的，利用第一检测单元和过流软关断单元，在IGBT发生过流及短路时，实现对IGBT的软关断，降低了IGBT损坏的风险，而且具有成本低廉、可靠性高的特点。可广泛应用于电子电路技术领域。

Description

一种IGBT驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种IGBT驱动电路。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有易驱动、耐高压、电流大、高速和地饱和压降等良好特性，广泛应用于变频器、电机调整、大功率电源等设备中。

现有技术中的专利号为CN201010245157.2、CN201010231980.8等专利申请对中小功率IGBT驱动技术做出了详细描述，其中，前者是仅实现了IGBT的保护，对IGBT驱动并未做说明；而后者是实现IGBT的集电极过压双重保护的监控方法，也仅仅对IGBT的过压保护做了介绍，对IGBT保护反馈及驱动均未介绍。

综上所述，现有技术对IGBT的驱动技术难以将IGBT的驱动和保护融为一体，并且，保护功能中缺少过流软关断保护、故障反馈等功能。

实用新型内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本实用新型的目的在于：提供一种IGBT驱动电路及控制方法。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种IGBT驱动电路，包括：

信号输入模块，所述信号输入模块包括第一输出端子；

驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述第一输出端子连接，所述驱动模块还包括第二输出端子，所述第二输出端子连接有IGBT；

过流保护模块，所述过流保护模块包括第一检测单元和过流软关断单元；

所述第一检测单元包括第二稳压管和第七三极管，所述第七三极管的基极与正极电源端子连接，所述第七三极管的集电极与所述第二稳压管的负极连接，所述第七三极管的发射极连接负极电源端子；

所述过流软关断单元包括第六电容、第七电阻和第八三极管，所述第八三极管的基极与所述第二稳压管的正极连接，所述第八三极管的集电极连接所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端连接所述第六电容的一端，所述第六电容的另一端连接所述负极电源端子。

进一步，所述驱动模块包括第二二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管和第五三极管；

所述第二二极管的正极与所述第一输出端子连接，所述第二二极管的负极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的基极通过第二基极电阻连接至所述正极电源端子，所述第二三极管的集电极与所述正极电源端子连接，所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极连接所述正极电源端子连接，所述第三三极管的发射极连接所述第二输出端子；

所述第一三极管的基极与所述第一输出端子连接，所述第一三极管的集电极与所述第二二极管的负极连接，所述第一三极管的发射极与所述负极电源端子连接；

所述第四三极管的基极与所述第二二极管的负极连接，所述第四三极管的发射极连接所述第二三极管的发射极，所述第四三极管的集电极连接所述负极电源端子，所述第五三极管的基极连接所述第二三极管的发射极，所述第五三极管的发射极连接所述第二输出端子，所述第五三极管的集电极连接至所述负极电源端子。

进一步，所述过流保护模块还包括第二检测单元和IGBT保护单元：

所述第二检测单元，所述第二检测单元包括第一检测端子；

所述IGBT保护单元，所述IGBT保护单元包括控制器；

所述第一检测端子与所述第八三极管的集电极连接，所述第一检测端子还与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端用于与所述IGBT连接。

进一步，所述过流保护模块还包括输入锁死单元，所述输入锁死单元包括第六三极管、第七电容、第八电阻、第九三极管以及第十三极管；

所述第九三极管的基极与所述第一检测端子连接，所述第九三极管的发射极与所述负极电源端子连接，所述第九三极管的集电极与所述第十三极管的集电极连接，所述第十三极管的发射极与所述正极电源端子连接，所述第十三极管的基极通过第九电阻与所述正极电源端子连接，所述第十三极管的基极还通过第十电阻与所述第一检测端子连接；

所述第十三极管的集电极所述第七电容的一端连接，所述第七电容的另一端连接至所述负极电源端子；

所述第十三极管的集电极还与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端与所述第六三极管的基极连接，所述第六三极管的集电极连接至所述正极电源端子，所述第六三极管的发射极连接所述负极电源端子。

进一步，所述IGBT驱动电路还包括第一稳压管，所述第一稳压管的负极连接至所述正极电源端子，所述第一稳压管的正极连接负极电源端子。

进一步，所述第一检测单元还包括第二检测端子，所述第二检测端子连接所述第二稳压管的负极。

进一步，所述信号输入模块还包括高速光耦。

本实用新型的有益效果是：通过驱动模块输出IGBT的驱动信号以及驱动关断信号，达到控制IGBT工作状态的目的，利用第一检测单元和过流软关断单元，在IGBT发生过流及短路时，实现对IGBT的软关断，降低了IGBT损坏的风险，而且具有成本低廉、可靠性高的特点。

附图说明

图1是本实用新型的IGBT驱动电路的模块框图；

图2是本实用新型的IGBT驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实施例提供了一种IGBT驱动电路，包括：

信号输入模块，信号输入模块包括第一输出端子IC_C；

驱动模块，驱动模块的输入端与第一输出端子IC_C连接，驱动模块还包括第二输出端子VOUT，第二输出端子VOUT连接有IGBT；

过流保护模块，过流保护模块包括第一检测单元和过流软关断单元；

第一检测单元包括第二稳压管DZ2和第七三极管Q7，第七三极管Q7的基极与正极电源端子连接，第七三极管Q7的集电极与第二稳压管DZ2的负极连接，第七三极管Q7的发射极连接负极电源端子；

过流软关断单元包括第六电容C6、第七电阻R7和第八三极管Q8，第八三极管Q8的基极与第二稳压管DZ2的正极连接，第八三极管Q8的集电极连接第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端连接第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端连接负极电源端子。

具体地，正极电源端子用于向本申请的IGBT驱动电路中引入正极电源电压VCC，负极电源端子用于向IGBT驱动电路中引入负极电源电压VEE。信号输入模块用于将脉冲信号引入到IGBT驱动电路中，驱动模块根据输入的脉冲和信号，输出IGBT的驱动信号，从而驱动IGBT工作，以及输出IGBT的驱动关断信号，使得IGBT停止工作。

鉴于传统的IGBT的驱动电路没有保护电路，或者即使有保护电路，但是该保护电路缺少过流软关断功能，为了解决这一技术问题，本申请利用过流保护模块实现了IGBT的过流软关断功能。

其中，第一检测单元用于检测IGBT的过流乃至短路情况。当IGBT发生过流乃至短路时，第一输出端子IC_C输出低电平，则第七三极管Q7截止，第七三极管Q7的集电极输出高电平，IGBT正常导通时稳压管DZ2处于截止，当IGBT发生过流短路时IGBT的母线电压会达到稳压管DZ2的稳压值。

过流软关断单元用于实现过流时实现软关断功能。当发生过流乃至短路时，IGBT发生过流短路，母线电压会达到稳压管DZ2的稳压值，第八三极管Q8导通，通过第七电阻R7和第六电容C6延迟判断后进行软关断，通过第七电阻R7和第六电容C6缓慢放电至负电平，能有效保护大功率IGBT不至于由于关断di/dt发生的过压过流导致损坏，软关断时间由第七电阻R7和第六电容C6延迟时间而定，即所接第七电阻R7的电阻值、第六电容C6端电容值越大，则软关断时间越长(即第八三极管Q8饱和开通所需要的充电时间越长)，关断特性就越软。

进一步作为可选的实施方式，驱动模块包括第二二极管D2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4和第五三极管Q5；

第二二极管D2的正极与第一输出端子IC_C连接，第二二极管D2的负极与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的基极通过第二基极电阻R3连接至正极电源端子，第二三极管Q2的集电极与正极电源端子连接，第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的基极连接，第三三极管Q3的集电极连接正极电源端子连接，第三三极管Q3的发射极连接第二输出端子VOUT；

第一三极管Q1的基极与第一输出端子IC_C连接，第一三极管Q1的集电极与第二二极管D2的负极连接，第一三极管Q1的发射极与负极电源端子连接；

第四三极管Q4的基极与第二二极管D2的负极连接，第四三极管Q4的发射极连接第二三极管Q2的发射极，第四三极管Q4的集电极连接负极电源端子，第五三极管Q5的基极连接第二三极管Q2的发射极，第五三极管Q5的发射极连接第二输出端子VOUT，第五三极管Q5的集电极连接至负极电源端子。

具体地，在一个实施例中，信号输入模块包括型号为HCPL0453的高速光耦IC1，高速光耦IC1用于隔离前后级电路，输入的脉冲信号输入至高速光耦IC1的输入端，此时，高速光耦IC1导通，与高速光耦IC1的输出端连接的第一输出端子IC_C上的电压被拉低至负极电源电压VEE，第二二极管D2、第一三极管Q1由于承受反向电压而截止，第二三极管Q2的基极由于第一三极管Q1的截止而承受正向电压而导通，第二三极管Q2的导通使得第三三极管Q3的基极电位被拉高，从而使得第三三极管Q3导通，此时第四三极管Q4和第五三极管Q5由于承受反向电压而截止。

第三三极管Q3导通后，在第二输出端子VOUT输出驱动电压，从而驱动IGBT。

由上述内容可见，本申请通过使得第二三极管Q2和第三三极管Q3导通，从而输出驱动电压，来驱动IGBT。

当高速光耦IC1的输入端输入反向PWM信号时，高速光耦IC1截止(也即是高速光耦IC1的输出端的三极管未导通)，因此，高速光耦IC1的输出端的电压被上拉至正极电源电压VCC，第一输出端子IC_C上的电压被拉高至正极电源电压VCC，第二二极管D2承受正向电压而导通，第一三极管Q1承受正向电压而导通，第一三极管Q1导通后，第二三极管Q2的基极电压被拉低至负极电源电压VEE，第二三极管Q2截止，第三三极管Q3截止，第四三极管Q4的发射极承受正向电压而导通，第五三极管Q5的发射极由于承受正向电压而导通，则第二输出端子VOUT上输出负极电源电压VEE。

由上述内容可见，驱动模块通过使得第一三极管Q1、第四三极管Q4和第五三级管Q5的导通，使得第二输出端子VOUT输出负极电源电压VEE，IGBT因缺少驱动电压而停止工作。

进一步作为可选的实施方式，过流保护模块还包括第二检测单元和IGBT保护单元：

第二检测单元，第二检测单元包括第一检测端子FAULT；

IGBT保护单元，IGBT保护单元包括控制器；

第一检测端子FAULT与第八三极管Q8的集电极连接，第一检测端子FAULT还与控制器的输入端连接，控制器的输出端用于与IGBT连接。

具体地，第二检测单元同样用于检测IGBT的过流乃至短路情况。第一检测端子FAULT连接在第八三极管Q8的集电极，在IGBT发生过流乃至短路时，第八三极管Q8导通后第一检测端子FAULT输出低电平信号(IGBT在正常情况下，第八三极管Q8截止为高电平)，该低电平信号被传输至控制器，控制器进行关断IGBT处理，从而达到有效保护IGBT不被持续短路而至烧毁的目的。本实施例中，控制器可采用现有技术中的MCU、DSP等。

进一步作为可选的实施方式，过流保护模块还包括输入锁死单元，输入锁死单元包括第六三极管Q6、第七电容C7、第八电阻R8、第九三极管Q9以及第十三极管Q10；

第九三极管Q9的基极与第一检测端子FAULT连接，第九三极管Q9的发射极与负极电源端子连接，第九三极管Q9的集电极与第十三极管Q10的集电极连接，第十三极管Q10的发射极与正极电源端子连接，第十三极管Q10的基极通过第九电阻R9与正极电源端子连接，第十三极管Q10的基极还通过第十电阻R10与第一检测端子FAULT连接；

第十三极管Q10的集电极第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端连接至负极电源端子；

第十三极管Q10的集电极还与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与第六三极管Q6的基极连接，第六三极管Q6的集电极连接至正极电源端子，第六三极管Q6的发射极连接负极电源端子。

具体地，输入锁死单元用于防止脉冲信号输入的关断失效。当IGBT发生过流乃至短路时，第八三极管Q8导通后，第一检测端子FAULT输出低电平，则第九三极管Q9截止，第十三极管Q10导通，第十三极管Q10导通之后通过第八电阻R8、第七电容C7将第六三极管Q6进行软开通，第六三极管Q6开通后第一输出端子IC_C输出负极电源电压VEE，从而使第一三极管Q1处于关断状态，此时，第四三极管Q4和第五三极管Q5导通而把第二输出端子VOUT输出的驱动信号直接关断，这样，能有效锁死防止输出过流而输入未关断情况下造成IGBT的过流损坏。

进一步作为可选的实施方式，IGBT驱动电路还包括第一稳压管DZ1，第一稳压管DZ1的负极连接至正极电源端子，第一稳压管DZ1的正极连接负极电源端子。

具体地，本申请在正极电源端子和负极电源端子之间设置有第一稳压管DZ1，正极电源端子和负极电源端子均接入相同的直流电源，利用第一稳压管DZ1分配正负电源电压驱动IGBT的开通关断，例如，IGBT的开通电压在12-15V之间，则第一稳压管DZ1的稳压值可以选在12-15V之间。

进一步作为可选的实施方式，第一检测单元还包括第二检测端子DETECT，第二检测端子DETECT连接第二稳压管DZ2的负极。

具体地，本申请的第一检测单元还包括第二检测端子DETECT，第二检测端子DETECT连接在第二稳压管DZ2的负极，从而检测IGBT上的母线电压，后期可利用母线电压对IGBT驱动电路进行控制。

综上所述，本申请的IGBT驱动电路具有以下优点：

1、提供一种新型低成本高性能的IGBT驱动应用电路，驱动电路简单、板载体积小、成本低廉，可靠性高，具有很好的经济及社会应用价值；

2、本实用新型IGBT中小驱动应用电路无需双电源，只需接入一个直流电源，通过第一稳压管DZ1即可得到驱动IGBT的正负分压，无须双电源供电；

3、保护模块中设置有的第一检测单元和过流软关断单元实现IGBT过流及短路时，实现软关断功能，防止IGBT被损坏；第二检测单元和IGBT保护单元在IGBT过流及短路时，能够实现即时关断IGBT的功能，有效保护IGBT不被持续短路而至烧毁；还设置了过流输入锁死单元，能有效防止输出过流而输入未关断情况下造成IGBT过流损坏；

4、本实用新型的IGBT驱动电路适用于单管、半桥及全桥驱动，且对中高压大功率IGBT的串并联驱动也适用，极大扩展了其应用范围，具有很宽的经济及社会价值。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种IGBT驱动电路，其特征在于，包括：

信号输入模块，所述信号输入模块包括第一输出端子；

驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述第一输出端子连接，所述驱动模块还包括第二输出端子，所述第二输出端子连接有IGBT；

过流保护模块，所述过流保护模块包括第一检测单元和过流软关断单元；

所述第一检测单元包括第二稳压管和第七三极管，所述第七三极管的基极与正极电源端子连接，所述第七三极管的集电极与所述第二稳压管的负极连接，所述第七三极管的发射极连接负极电源端子；

所述过流软关断单元包括第六电容、第七电阻和第八三极管，所述第八三极管的基极与所述第二稳压管的正极连接，所述第八三极管的集电极连接所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端连接所述第六电容的一端，所述第六电容的另一端连接所述负极电源端子。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动电路，其特征在于，所述驱动模块包括第二二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管和第五三极管；

所述第二二极管的正极与所述第一输出端子连接，所述第二二极管的负极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的基极通过第二基极电阻连接至所述正极电源端子，所述第二三极管的集电极与所述正极电源端子连接，所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极连接所述正极电源端子连接，所述第三三极管的发射极连接所述第二输出端子；

所述第一三极管的基极与所述第一输出端子连接，所述第一三极管的集电极与所述第二二极管的负极连接，所述第一三极管的发射极与所述负极电源端子连接；

所述第四三极管的基极与所述第二二极管的负极连接，所述第四三极管的发射极连接所述第二三极管的发射极，所述第四三极管的集电极连接所述负极电源端子，所述第五三极管的基极连接所述第二三极管的发射极，所述第五三极管的发射极连接所述第二输出端子，所述第五三极管的集电极连接至所述负极电源端子。

3.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动电路，其特征在于，所述过流保护模块还包括第二检测单元和IGBT保护单元：

所述第二检测单元，所述第二检测单元包括第一检测端子；

所述IGBT保护单元，所述IGBT保护单元包括控制器；

所述第一检测端子与所述第八三极管的集电极连接，所述第一检测端子还与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端用于与所述IGBT连接。

4.根据权利要求3所述的一种IGBT驱动电路，其特征在于，所述过流保护模块还包括输入锁死单元，所述输入锁死单元包括第六三极管、第七电容、第八电阻、第九三极管以及第十三极管；

所述第九三极管的基极与所述第一检测端子连接，所述第九三极管的发射极与所述负极电源端子连接，所述第九三极管的集电极与所述第十三极管的集电极连接，所述第十三极管的发射极与所述正极电源端子连接，所述第十三极管的基极通过第九电阻与所述正极电源端子连接，所述第十三极管的基极还通过第十电阻与所述第一检测端子连接；

所述第十三极管的集电极所述第七电容的一端连接，所述第七电容的另一端连接至所述负极电源端子；

所述第十三极管的集电极还与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端与所述第六三极管的基极连接，所述第六三极管的集电极连接至所述正极电源端子，所述第六三极管的发射极连接所述负极电源端子。

5.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动电路，其特征在于，所述IGBT驱动电路还包括第一稳压管，所述第一稳压管的负极连接至所述正极电源端子，所述第一稳压管的正极连接负极电源端子。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种IGBT驱动电路，其特征在于，所述第一检测单元还包括第二检测端子，所述第二检测端子连接所述第二稳压管的负极。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种IGBT驱动电路，其特征在于，所述信号输入模块还包括高速光耦。

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