一种IGBT驱动电路的制作方法

本发明涉及电机驱动领域，特别涉及一种IGBT驱动电路。

背景技术：

现有技术中， IGBT是伺服电机驱动电路中必不可少的开关器件，但是由于IGBT的固有特性，如果对IGBT采用硬关断方式，在关断瞬间其C极、E极极间电压会出现飙高至额定值以上数倍，这对器件安全造成了极大的危害。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中用于电机控制的IGBT采用硬关断方式时，在关断瞬间其C极、E极极间电压会出现飙高至额定值以上数倍的问题，提供一种避免IGBT在关断时C极、E极极间电压飙高的驱动电路。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种IGBT驱动电路，包括，驱动光耦、开关驱动电路、软关断电路以及饱和压降检测电路；

所述驱动光耦通过所述开关驱动电路与IGBT的门极连接，用于控制IGBT的通断；

所述饱和压降检测电路两个输入端分别与所述IGBT的集电极、射极连接，用于检测IGBT的关断电压是否超出预设阈值；

所述驱动光耦还通过所述软关断电路与IGBT的门极连接，并接收所述饱和压降检测电路的检测结果，在IGBT的关断电压超出预设阈值时，所述驱动光耦结束对所述开关驱动电路的控制，采用所述软关断电路关闭所述IGBT。

还包括PWM调理电路，所述PWM调理电路用于将PWM波进行滤波、毛刺去除后输入至所述驱动光耦，所述驱动光耦根据该PWM波对IGBT进行驱动控制。

进一步的，报警反馈电路，所述报警反馈电路自所述驱动光耦接收报警信号，并将该信号反馈至控制器。

进一步的，所述开关驱动电路包括开启电路和关断电路；

所述开启电路包括第一PMOS管Q1，所述第一PMOS管Q1通过第一电阻R3自所述驱动光耦接收开启信号，同时所述第一PMOS管Q1的源极与电源连接，漏极通过并接的第一电阻R3组与被控IGBT的门极连接；

所述关断电路包括第一NMOS管Q2，所述第一NMOS管Q2通过第二电阻R2自所述驱动光耦接收关断信号，同时所述第一NMOS管Q2的源极接负压电源，漏极通过并接的第二电阻组与被控IGBT的门极连接。

进一步的，所述饱和压降检测电路包括，第一端口及第二端口，所述第一端口及第二端口分别与被控IGBT的集电极、射极连接，用于检测被控IGBT的集电极与射极之间的极间电压；

还包括，第一二极管D1、第二二极管D2、第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第三电阻R3、第四电阻R4及第一电容C1；

所述第一二极管D1的负极与第一端口、第二端口连接，正极与第一稳压二极管ZD1的正极连接，第一稳压二极管ZD1的负极通过第三电阻R3与并接的第一电容C1、第二二极管D2、第二稳压二极管ZD2连接，其中，与第二二极管D2负极和第二稳压二极管ZD2负极连接；

所述第一稳压二极管ZD1的负极还通过第三电阻R3、第四电阻R4与所述开关驱动电路的输出端连接。

进一步的，所述软关断电路包括第二NMOS管Q3，所述第二NMOS管Q3通过第五电阻R5自所述驱动光耦接收软关断信号，同时所述第二NMOS管Q3的源极接负压电源，漏记通过第六电阻R6接被控IGBT的门极。

进一步的，所述开关驱动电路、软关断电路和被控IGBT之间还设置有第一门极保护电路，所述第一门极保护电路包括第三二极管D3、第七电阻R7、第三稳压二极管ZD3及第四稳压二极管ZD4；

所述第三二极管D3的正极与所述开关驱动电路、软关断电路的输出端连接，负极与电源连接；

所述第七电阻一端与所述开关驱动电路、软关断电路的输出端连接，另一端接地；

所述第三稳压二极管ZD3与第四稳压二极管ZD4反向串联，其中，第三稳压二极管ZD3的负极与所述开关驱动电路、软关断电路的输出端连接，第四稳压二极管ZD4负极接地。

进一步的，在一些应用场合，如高速铁路的高速列车驱动应用领域，由于不同轨道的列车距离较近，在两车交汇时，相邻轨道的列车高速通过时，会对旁边列车产生非常大的电磁干扰，此时，列车中驱动电路的IGBT集电极电压会飙高至额定电压的数倍，此时，如果IGBT是关断状态，则有被击穿的风险，鉴于这种情况，本发明提供的IGBT驱动电路还包括检测IGBT开关状态以及集电极电压是否超出阈值的动态有源钳位保护电路，所述动态有源钳位保护电路的输入端与被控IGBT的集电极连接，第一输出端与所述开关驱动电路的输出端连接，第二输出端与所述关断电路的输入端连接；用于检测集电极电压是否超出预设阈值，当超出阈值时，降低该电压。

进一步的，所述动态有源钳位保护电路包括由至少2个同向串接的稳压二极管组成的第一稳压二极管组，所述第一稳压二极管组与被控IGBT的集电极连接，其中的稳压二极管的负极为输入端，正极为输出端；

所述第一稳压二极管组的输出端与第三NMOS管Q4的漏极连接；所述第三NMOS管Q4的栅极与一延时电路的输出端连接，所述延时电路的输入端与开关驱动电路的输出端连接；

还包括至少2个串接的稳压二极管组成的第二稳压二极管组，所述第二稳压二极管组中的稳压二极管负极为输入端，正极为输出端；所述第二稳压二极管组与所述第三NMOS管Q4并接；其输入端与第一稳压二极管组的输出端连接，其输出端与第三NMOS管Q4的源极连接；

所述第二稳压二极管组的输出端还通过串接的第四二极管D4、第八电阻R8与所述开关驱动电路的输出端连接，该第八电阻R8与开关驱动电路输出端连接的一端为所述动态有源钳位保护电路的第一输出端；

所述第二稳压二极管组的输出端还通过第五二极管D5、第九电阻R9与第四NMOS管Q5的栅极连接；第四NMOS管Q5的源极接负压电源，漏极通过第十电阻R10与关断电路的输入端连接，该第十电阻R10与关断电路的输入端连接的一端为所述动态有源钳位保护电路的第二输出端。

具体的，在开关驱动电路正常工作时，与第三NMOS管Q4的栅极连接的延时电路由于与所述开启电路的输出端连接，因此，第三NMOS管Q4的栅极始终处于高电平，即导通状态，此时，第二稳压二极管组被导通的第三NMOS管Q4短接不起作用，此时，由第一稳压二极管组决定IGBT集电极第一阈值，当集电极电压超过该阈值时，第一稳压二极管组中二极管被击穿，此时，所述动态有源钳位保护电路一方面通过第二输出端，为所述关断电路的输入端输出低电平，让关断电路停止工作；另一方面通过第一输出端将高电平输出至所述开关驱动电路的输出端，以控制所述受控IGBT的门极开启，将其集电极电压减低。而在开关驱动电路没有工作时，此时设备（如火车）整体处于停止状态，此时的受控IGBT集电极高电压可以承受比工作时更高的阈值，此时，本电路中，第三NMOS管Q4的栅极接收不到开启电路的高电平，处于关断开路状态，此时第一稳压二极管组和第二稳压二极管组串接，两者共同决定IGBT集电极电压的第二阈值，当集电极电压超过该值时，有源钳位保护电路同样通过第一输出端将高电平输出至所述开关驱动电路的输出端，以控制所述受控IGBT的门极开启，从而降低集电极电压。

进一步的，所述第四NMOS管Q5的栅极与所述负压电源之间还设置有第二门极保护电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的IGBT驱动电路，包括检测IGBT的集电极、射极之间极间电压的饱和压降检测电路，在关断被控IGBT时，如果检测到IGBT极间电压超出阈值，则控制软关断电路对IGBT进行关断，以降低被控IGBT关断时的瞬时极间电压，从而降低电路风险。

另外一些实施例中，在如高速铁路等大功率应用场合，针对IGBT正常工作时和不工作时，IGBT集电极瞬时电压有不同产生原因，从而需要不同的钳位电压值的问题，巧妙的设计了动态钳位电路，即使得第二稳压二极管组与第三NMOS管并接，在正常工作时，将第三NMOS管导通，短接第二稳压二极管组，由第一稳压二极管组决定钳位电压阈值，而在不工作时，第三NMOS管关断，由第一稳压二极管组合第二稳压二极管组共同决定钳位电压值，从而解决了IGBT正常工作时和不工作时需要有不同的钳位电压的问题。

附图说明：

图1为本发明一具体实施例原理框图。

图2本发明实施例中光耦驱动电路图。

图3为本发明实施例中开关驱动电路以及软关断电路电路图。

图4为本发明实施例中饱和压降检测电路电路图。

图5为本发明实施例中第一门极保护电路电路图。

图6为本发明另一具体实施例原理框图。

图7为本发明实施例中有源钳位保护电路电路图。

图8为不采用饱和压降检测控制时IGBT瞬时关断电压和采用本发明提供的饱和压降检测控制后的IGBT瞬时关断电压对比图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1：如图1至图5所示，本实施例提供一种IGBT驱动电路，包括，驱动光耦1（U1）、开关驱动电路2、软关断电路4以及饱和压降检测电路3；

所述驱动光耦1通过所述开关驱动电路2与IGBT的门极连接，用于控制IGBT的通断；

所述饱和压降检测电路3两个输入端分别与所述IGBT的集电极、射极连接，用于检测IGBT的关断电压是否超出预设阈值；

所述驱动光耦1还通过所述软关断电路4与IGBT的门极连接，并接收所述饱和压降检测电路的检测结果，在IGBT的关断电压超出预设阈值时，所述驱动光耦结束对所述开关驱动电路的控制，采用所述软关断电路关闭所述IGBT。

本实施例提供的IGBT驱动电路还包括PWM调理电路5，所述PWM调理电路5用于将PWM波进行滤波、毛刺去除后输入至所述驱动光耦，所述驱动光耦1根据该PWM波对IGBT进行驱动控制。本实施例提供的IGBT驱动电路还包括报警反馈电路6，所述报警反馈电路6自所述驱动光耦1接收报警信号，并将该信号反馈至控制器。

具体的 ，所述开关驱动电路2包括开启电路21和关断电路22；所述开启电路21包括第一PMOS管Q1，所述第一PMOS管Q1通过第一电阻R3自所述驱动光耦接收开启信号，同时所述第一PMOS管Q1的源极与电源连接，漏极通过并接的第一电阻R3组与被控IGBT的门极连接；所述关断电路22包括第一NMOS管Q2，所述第一NMOS管Q2通过第二电阻R2自所述驱动光耦接收关断信号，同时所述第一NMOS管Q2的源极接负压电源，漏极通过并接的第二电阻组与被控IGBT的门极连接。本实施例中，第一电阻组和第二电阻组均是由三个电阻并联构成，实际上，第一电阻组和第二电阻组均可由二个以上的电阻并联构成，以使得电阻组达到指定阻值。

本实施例中，饱和压降检测电路3包括，第一端口及第二端口，所述第一端口及第二端口分别与被控IGBT的集电极、射极连接，用于检测被控IGBT的集电极与射极之间的极间电压；具体的，如图4所示，第一端口、第二端口均由标准接口J4接入。还包括，第一二极管D1、第二二极管D2、第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第三电阻R3、第四电阻R4及第一电容C1；所述第一二极管D1的负极与第一端口、第二端口连接，正极与第一稳压二极管ZD1的正极连接，第一稳压二极管ZD1的负极通过第三电阻R3与并接的第一电容C1、第二二极管D2、第二稳压二极管ZD2连接，其中，第三电阻R3与第二二极管D2负极和第二稳压二极管ZD2负极连接的一端还是将信号反馈至驱动光耦U1的反馈端，其与驱动光耦的DESAT端口连接，将检测结果反馈至驱动光耦中；第所述第一稳压二极管ZD1的负极还通过第三电阻R3、第四电阻R4与第一电阻组、第二电阻组的输出端（即开关驱动电路2的输出端）连接，饱和压降检测电路3中，第一稳压二极管ZD1用于调整所检测的极间电压的阈值，而第四电阻R4、第一电容C1用于调整报警时间，即，在一般情况下，如果极间电压超出阈值只是在预设报警时间之内出现的话，则不予报警，只有超出阈值的时间超过预设报警时间，才向驱动光耦发出报警信号，此时驱动光耦才驱动软关断电路对IGBT进行关断，图8给出了不采用饱和压降检测控制时IGBT瞬时关断电压和采用本实施例提供的饱和压降检测控制后的IGBT瞬时关断电压对比图，图中第一个波峰处为未采用和压降检测控制时IGBT瞬时关断电压，其明显出现一个瞬时的尖峰，而第二个波峰处则为采用了本实施例提供的电路结构后的波形，可见其在关断瞬间的最高峰值已明显受控。

本实施例中，所述软关断电路4包括第二NMOS管Q3，所述第二NMOS管Q3通过第五电阻R5自所述驱动光耦接收软关断信号，同时所述第二NMOS管Q3的源极接负压电源，漏记通过第六电阻R6接被控IGBT的门极。

所述开关驱动电路2、软关断电路4和被控IGBT之间还设置有第一门极保护电路，所述第一门极保护电路包括第三二极管D3、第七电阻R7、第三稳压二极管ZD3及第四稳压二极管ZD4；所述第三二极管D3的正极与所述开关驱动电路、软关断电路的输出端连接，负极与电源连接；所述第七电阻一端与所述开关驱动电路、软关断电路的输出端连接，另一端接地；所述第三稳压二极管ZD3与第四稳压二极管ZD4反向串联，其中，第三稳压二极管ZD3的负极与所述开关驱动电路2、软关断电路4的输出端连接，第四稳压二极管ZD4负极接地。

实施例2：如图6、图7所示，在一些应用场合，如高速铁路的高速列车驱动应用领域，由于不同轨道的列车距离较近，在两车交汇时，相邻轨道的列车高速通过时，会对旁边静止停放的列车的电路产生非常大的电磁干扰，此时，静止列车中开关驱动电路的IGBT集电极电压会飙高至额定电压的数倍，此时,如果IGBT是关断状态，则有被击穿的风险。

鉴于这种情况，本实施例提供的IGBT驱动电路还包括检测IGBT开关状态以及集电极电压是否超出阈值的动态有源钳位保护电路，所述动态有源钳位保护电路的输入端与被控IGBT的集电极连接，第一输出端与所述开关驱动电路的输出端连接，第二输出端与所述关断电路的输入端连接；用于检测集电极电压是否超出预设阈值，当超出阈值时，降低该电压。

所述动态有源钳位保护电路7包括由至少2个同向串接的稳压二极管组成的第一稳压二极管组，所述第一稳压二极管组与被控IGBT的集电极连接，其中的稳压二极管的负极为输入端，正极为输出端；所述第一稳压二极管组的输出端与第三NMOS管Q4的漏极连接；所述第三NMOS管Q4的栅极与一延时电路的输出端连接，所述延时电路的输入端与开关驱动电路的输出端连接；还包括至少2个串接的稳压二极管组成的第二稳压二极管组，所述第二稳压二极管组中的稳压二极管负极为输入端，正极为输出端；所述第二稳压二极管组与所述第三NMOS管Q4并接；其输入端与第一稳压二极管组的输出端连接，其输出端与第三NMOS管Q4的源极连接；所述第二稳压二极管组的输出端还通过串接的第四二极管D4、第八电阻R8与所述开关驱动电路的输出端连接；所述第二稳压二极管组的输出端还通过第五二极管D5、第九电阻R9与第四NMOS管Q5的栅极连接；第四NMOS管Q5的源极接负压电源，漏极通过第十电阻R10与关断电路的输入端连接，一些实施例中，所述第四NMOS管Q5的栅极与所述负压电源之间还设置有第二门极保护电路。

具体的，在开关驱动电路正常工作时，与第三NMOS管Q4的栅极连接的延时电路由于与所述开启电路的输出端连接，因此，第三NMOS管Q4的栅极始终处于高电平，即导通状态，此时，第二稳压二极管组被导通的第三NMOS管Q4短接不起作用，此时，由第一稳压二极管组决定IGBT集电极第一阈值，当集电极电压超过该阈值时，第一稳压二极管组中二极管被击穿，此时，所述动态有源钳位保护电路一方面通过第二输出端，为所述关断电路的输入端输出低电平，让关断电路停止工作；另一方面通过第一输出端将高电平输出至所述开关驱动电路的输出端，以控制所述受控IGBT的门极开启，将其集电极电压减低。而在开关驱动电路没有工作时，此时设备（如火车）整体处于停止状态，此时的受控IGBT集电极高电压可以承受比工作时更高的阈值，此时，本电路中，第三NMOS管Q4的栅极接收不到开启电路的高电平，处于关断开路状态，此时第一稳压二极管组和第二稳压二极管组串接，两者共同决定IGBT集电极电压的第二阈值，当集电极电压超过该值时，有源钳位保护电路同样通过第一输出端将高电平输出至所述开关驱动电路的输出端，以控制所述受控IGBT的门极开启，从而降低集电极电压。