一种IGBT控制驱动保护模块的制作方法

本实用新型涉及一种IGBT控制驱动保护模块，属于电力电子电路技术领域。

背景技术：

IGBT因其导通压降低、驱动功率小、工作频率高等优点在逆变、整流等电路中得到广泛使用，是电力电子领域中重要的开关器件。良好的驱动保护电路是决定IGBT工作性能的关键，目前的驱动模块可以提供合适的正方向驱动电压，使IGBT能可靠地开通与关断，但也存在一些不足，例如：驱动输入输出延迟时间长，工作效率低；触发IGBT过流保护时无自锁功能；电路设计复杂，可靠性不够等。

因此，随着电力电子设备的不断发展，IGBT可应用的领域也越来越多，设计一个控制信号稳定、保护功能完善的驱动模块，对IGBT 的精确调节具有重要的作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有技术中的电路设计复杂、可靠性不够的问题，提供一种IGBT控制驱动保护模块，电路设计简单可靠，可为IGBT提供稳定、精确的驱动信号。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种 IGBT控制驱动保护模块，其特征是，包括稳压源、输入调理电路、驱动芯片和外围输出电路，所述稳压源的输出端与输入调理电路、驱动芯片和外围输出电路的电源端分别连接用于提供工作电源，所述输入调理电路的输入端连接PWM控制信号，所述输入调理电路的输出端1与驱动芯片的输入端1连接用于输出控制信号，输入调理电路的输出端2和驱动芯片的输入端2连接用于输出复位信号，所述驱动芯片输出端1连接外围输出电路的输入端用于输出控制信号给外围输出电路，所述外围输出电路信号输出端1、2、3分别对应与IGBT的发射极、集电极和门极连接。

进一步地，所述稳压源包括±10V和-10V电压输出端，所述稳压源+10V电压输出端与输入调理电路的电源输入端连接，所述稳压源+10V电压输出端分别与驱动芯片和外围输出电路的VCC端连接，所述稳压源-10V电压输出端分别与驱动芯片和外围输出电路的 VEE端连接。

进一步地，所述驱动芯片采用光耦隔离芯片HCPL-316J，所述 HCPL-316J的VIN-接地，HCPL-316J的VIN+通过电阻1连接输入调理电路的输出端1，所述HCPL-316J的RESET芯片复位输入端连接输入调理电路的输出端2；所述HCPL-316J的VCC2和VC端连接稳压源的+10V输出端；

本实用新型所达到的有益效果：电路设计简单可靠，可为IGBT 提供稳定、精确的驱动信号，具备故障反馈、过流保护等功能，能有效保护IGBT的正常工作，有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构框图；

图2是本实用新型一个实施例的稳压源的原理图；

图3是本实用新型一个实施例的输入调理电路的原理图；

图4是本实用新型一个实施例的驱动芯片的原理图；

图5是本实用新型一个实施例的外围输出电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，包括稳压源、输入调理电路、驱动芯片和外围输出电路。所述稳压源为输入调理电路和驱动芯片提供工作电源，所述输入调理电路的输入端接受PWM控制信号，所述输入调理电路的输出端与驱动芯片的VIN+脚和RESET脚连接，所述驱动芯片的VOUT脚输出控制信号给外围输出电路，所述外围输出电路的信号输出端与 IGBT的发射极、集电极和门极连接。

图2是本实用新型一个实施例的稳压源的原理图；如图2所示，稳压源输入端为220V单项交流电，由共模电感L1、X电容和Y电容消除干扰，再经过整流滤波后供给Viper22A电源控制芯片转换为高频的交流信号，经反激变压器耦合输出+10V和-10V电压，SC431 和TLP181光耦芯片组成电压采样反馈回路，Vdd脚为控制芯片供电，同时也为光耦的接收部分供电，变压器的输出电压为光耦的发射部分供电，光耦的采样信号通过FB脚发送给控制芯片，从而控制开关频率，实现电源电压的稳定，起到稳压作用。

图3是本实用新型一个实施例的输入调理电路的原理图。

IGBT控制驱动保护模块还包括主控芯片，主控芯片控制PWM 波输出。如图3所示，输入调理电路对输入PWM信号起到整形和过滤窄脉冲作用，为驱动芯片提供复位控制。D1、D2和D5为施密特触发器，选用CD4093集成芯片，PWM信号经过D1和D2缓冲后，作为驱动芯片的VIN+脚输入信号，减小了输入阻抗，提高了PWM波形边沿陡峭度。D1和D2之间并联一个小电容C1，可以过滤掉输入信号中脉宽低于500ns的尖峰窄脉冲，避免IGBT误导通。若IGBT 出现故障，主控芯片封锁PWM信号，当故障排除后，将输入信号置低，二极管D4截止，+10V电源通过电阻R5对C2充电，通过设置合适的R5和C2型号，可保证充电时间在10us内，C2电压达到10V，此时D3输出信号RST置低，即对驱动芯片的RESET脚置低，进行复位。

图4是本实用新型一个实施例的驱动芯片的原理图；如图4所示，驱动芯片选用HCPL-316J光耦隔离芯片，具有UCE过压检测保护和故障反馈功能，最大能驱动1200V/15A的IGBT。

HCPL-316J原边VIN+脚接输入调理电路的PWM输出， RESET芯片复位输入引脚接输入调理电路的复位信号，该芯片对 PWM信号进行电器隔离后，副边输出三路控制信号VE即HCPL-316J 的VE引脚、VC即HCPL-316J的DESAT引脚、VOUT即HCPL-316J 的VOUT引脚给外围输出电路。VIN+脚和VOUT脚之间的响应时间不能超过500ns，并需保证输入输出信号同步。

当IGBT出现短路或过流状况时，UCE迅速升高，当超过设定的保护电压时即DESAT端对地电压大于7V时，FAULT故障输出端置低并将错误信号ERROR反馈给主控芯片，HCPL-316J维持低电平输出，IGBT关断，直到故障解除后，RESET芯片复位输入引脚接收到复位信号才恢复输出。所述主控芯片采用现有技术中的DSP或单片机均可实现，主控芯片的作用是产生PWM输入信号并接收 HCPL-316J反馈的错误信号并根据错误信号调节输出的PWM输入信号的占空比。

图5是本实用新型一个实施例的外围输出电路的原理图；如图5 所示，C、G、E分别与IGBT的集电极、门极和发射极连接，外围输出电路由两个三极管Q1、Q2组成互补电路，外围输出电路能降低 IGBT开关损耗，具有故障检测和动态尖峰电压抑制作用。当VOUT输出高电平时，Q1导通，Q2关断，UGE＝+10V，IGBT导通；当VOUT输出低电平时，Q1关断，Q2导通，UGE＝-10V，IGBT关断。根据不同的IGBT型号，选择合适的门极开通电阻Rgon和关断电阻Rgoff可以降低开关损耗。在门极和发射极之间并联一只双向钳位二极管D8，防止门极电路出现振荡。输入端VC通过一个限流电阻RC和一只高压隔离二极管D5与集电极C连接，用来检测IGBT的导通压降UCE，当其高于参考电压时，可认为IGBT出现故障。在集电极和门极间并联一只瞬态抑制二极管D6，当尖峰电压UCE超过D6的门槛电压时， D6被击穿，UCE直接作用于门极，此时IGBT微导通，起到动态尖峰电压抑制作用。

以上所述介绍了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。应当指出，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变化，这些改进和变化都落入要求保护的本实用新型范围内。