一种具有双重隔离的IGBT驱动电路及控制方法与流程

本发明属于IGBT驱动领域，具体涉及一种适用超声电源，并且利用隔离电路和功率放大电路将微型处理器输出的PWM信号放大为驱动IGBT开通和关断的驱动电路，以及该驱动电路的控制方法。

背景技术：

IGBT因为自身的各种优点被广泛地应用于交流电机、变频器、照明电路、开关电源等领域。与传统的开关器件不同，IGBT是一种既有功率管MOSFET的高速交换功能又有双极型晶体管的高电压、大电流处理能力的新型元件。并且随着智能化趋势的普及，IGBT作为一种开关器件，使用数字信号控制IGBT的开通和关断成为一种发展趋势。传统的微型处理器因输出电流较小无法直接通过驱动变压器来驱动IGBT工作。因此需要将微型处理器输出的脉冲信号进行功率放大，同时为了使控制信号能够安全高效地工作，需要在微型处理器和IGBT之间进行电器隔离。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能进行功率放大和隔离干扰的带光耦和变压器双重隔离的IGBT驱动电路及控制方法，本发明采用光耦模块使PWM信号进行升压，通过H桥电路增大信号电流以驱动变压器并利用其后级电路以间接驱动IGBT工作，从而提高电路的安全性能和抗干扰能力。

为实现上述的目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明一种IGBT具有双重隔离的驱动电路，包括微型处理器、死驱模块、光耦隔离模块、H桥推挽电路驱动模块、三极管模块和变压器后级驱动模块；所述的微型处理器的PWM输出端与死区模块的输入端连接，死区模块的输出端接光耦隔离模块，光耦隔离模块输出经三极管模块接H桥推挽电路驱动模块，H桥推挽电路驱动模块直接驱动变压器后级驱动模块以驱动IGBT开通和关断。

所述的死驱模块包括与非门P3、第一可调电阻RT1、第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1和第二高频瓷片电容C2；与非门P3采用的芯片型号为CD4011，第一可调电阻RT1和第二高频瓷片电容C2组成一个延时电路，第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1组成另一个延时电路；微型处理器P2采用STC89C52型号的芯片，3号引脚接5V电源对应的地；微型处理器P2的1号引脚输出的脉冲一路直接送至与非门P3的1号引脚，另一路接第一可调电阻RT1的滑动端；第一可调电阻RT1的一个固定端与第二高频瓷片电容C2的一端及与非门P3的2号引脚连接；第二高频瓷片电容C2的另一端接5V电源对应的地；微型处理器P2的2号引脚输出的脉冲，一路接与非门P3的5号引脚，另一路接第二可调电阻RT2的滑动端；第二可调电阻RT2的一个固定端与第一高频瓷片电容C1的一端及与非门P3的6号引脚；第一高频瓷片电容C1的另一端接5V电源对应的地；与非门P3的3号引脚接12、13号引脚，4号引脚接8、9号引脚，14号引脚供5V电，7号引脚接5V电源对应的地，10、11号引脚则输出两路互补的具有死区时间的脉冲信号。

所述的光耦隔离模块包括第一光耦P4和第二光耦P5，第一光耦P4和第二光耦P5采用的芯片型号均为4N27；所述的三极管模块由第一三极管Q1和第二三极管Q2组成；第一光耦P4的5号引脚通过第三限流电阻RT7与第一三极管Q1的基极连接，并经第一上拉电阻RT5接15V电源及第一三极管Q1的发射极；第二光耦P5的5号引脚通过第四限流电阻RT8与第二三极管Q2的基极连接，并经第二上拉电阻RT6接15V电源及第二三极管Q2的发射极；死驱模块输出的两路脉冲信号分别经第一限流电阻RT3和第二限流电阻RT4送至第一光耦P4和第二光耦P5的1号引脚；第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极输出两路脉冲信号；第一光耦P4和第二光耦P5的4号引脚均接15V电源对应的地，3、6号引脚均悬空。死驱模块输出的一路脉冲信号经电阻R4和发光二极管D4接第二光耦P5的2号引脚；死驱模块输出的另一路脉冲信号经电阻R3和发光二极管D3接第一光耦P4的2号引脚；发光二极管D3、D4的负极均接5V电源对应的地；第一三极管Q1的负极接第三可调电阻RT9的滑动端及电阻R7的一端，电阻R7的另一端接发光二极管D7的正极，发光二极管D7的负极及第三可调电阻RT9的一个固定端均接15V电源对应的地；第二三极管Q2的负极接第四可调电阻RT10的滑动端及电阻R8的一端，电阻R8的另一端接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极及第四可调电阻RT10的一个固定端均接15V电源对应的地。

所述的H桥推挽电路驱动模块包括达林顿对管TIP41和TIP42、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第一电容C11、第二电容C12、第一极性电容C13、第二极性电容C14和六个二极管；第一二极管D9的正极采用15V供电，光耦隔离模块2输出的一路脉冲信号经第三限流电阻R9接一个达林顿对管的第五三极管Q5和第六三极管Q6的基极，另一路脉冲信号经第四限流电阻R10接另一个达林顿对管的第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极；第四三极管Q4的集电极接第一二极管D9的负极、第三二极管D11的负极、第六二极管D14的负极及第六三极管Q6的集电极；第四三极管Q4的发射极接第三三极管Q3的发射极、第三二极管D11的正极、第二二极管D10的负极、电阻R12的一端、第二极性电容C14的正极及第二电容C12的一端；电阻R12的另一端接发光二极管D16的正极；第三三极管Q3的集电极接第二二极管D10的正极、第五三极管Q5的集电极、第四二极管D12的正极及第五二极管D13的正极；第六三极管Q6的发射极接第五三极管Q5的发射极、第五二极管D13的负极、第六二极管D14的正极、第一电容C11的一端及第一极性电容C13的正极；第四二极管D12的负极、发光二极管D16的负极均接15V电源对应的地；第二极性电容C14的负极接第二电容C12的另一端并输出信号PWM1；第一电容C11的另一端接第一极性电容C13的负极并输出信号PWM2。

所述的变压器后级驱动模块包括高频变压器、第七三极管Q7、第七三极管Q8、第三电容C15、第四电容C16、第七二极管D16、第八二极管D19和四个稳压管。H桥推挽电路驱动模块输出的信号PWM1和PWM2分别输入高频变压器的输入线圈两端；高频变压器的一个输出线圈两端分别接第七二极管D16的正极和第二稳压管D18的正极，另一个输出线圈两端分别接第八二极管D19的正极和第四稳压管D21的正极；电阻R12的一端接第七二极管D16的正极，另一端接第七三极管Q7的基极；电阻R15的一端接第八二极管D19的正极，另一端接第八三极管Q8的基极；第七三极管Q7的集电极接第二稳压管D18的正极及电阻R14的一端，电阻R14的另一端接第一稳压管D17的正极及第三电容C15的一端；第三电容C15的另一端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接第七二极管D16的负极及第七三极管Q7的发射极；第八三极管Q8的集电极接第四稳压管D21的正极及电阻R17的一端，电阻R17的另一端接第三稳压管D20的正极及第四电容C16的一端；第四电容C16的另一端接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接第八二极管D19的负极及第八三极管Q8的发射极；第一稳压管D17的负极接第二稳压管D18的负极，第三稳压管D20的负极接第四稳压管D21的负极。

本发明的具有双重隔离的IGBT驱动控制方法，具体步骤如下：

步骤一、微型处理器发出两路互补的具有相同占空比的PWM脉冲信号。

步骤二、微型处理器的两路互补的脉冲信号输入死区模块，经死驱模块的与非门处理后输出两路互补的具有死区时间的脉冲信号。死驱模块的可调电阻和高频瓷片电容组成与非门输入信号前的延时电路，死区时间根据可调电阻的电阻值进行调节。

步骤三、死驱模块输出的两路脉冲信号在高电平持续时间内，光耦隔离模块中光耦内部的发光二极管工作，进而使光耦输出端连接的三极管导通，从而达到放大电压的目的。

步骤四、光耦隔离模块经三极管输出的脉冲信号传给H桥推挽电路驱动模块用以放大脉冲信号的电流值。

步骤五、H桥推挽电路驱动模块输出的两路脉冲信号经变压器后级驱动模块处理获得开通电压和反向关断电压，从而保证IGBT安全的开通和关断。

本发明原理简单，易于调试，驱动稳定，可靠安全，采用双重隔离对信号进行功率放大，在驱动IGBT的同时确保不会对控制电路造成损坏，在系统出现故障时有效保证驱动电路的安全，避免产生过大的损失及人身安全。另外，对于微型处理器控制的IGBT驱动电路，微型处理器输出的PWM脉冲信号的频率可以调节，本发明为频率可自动调节提供了一个稳定可靠的电路基础。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明中死驱模块的电路图；

图3是本发明中光耦隔离模块和三极管模块的电路图；

图4是本发明中H桥推挽电路驱动模块的电路图；

图5是本发明中变压器后级驱动模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种具有双重隔离的IGBT驱动电路，包括微型处理器P2、死驱模块1、光耦隔离模块2、H桥推挽电路驱动模块3、三极管模块4和变压器后级驱动模块5。微型处理器P2的PWM输出端与死区模块1的输入端连接，死区模块的输出端接光耦隔离模块2，光耦隔离模块输出经三极管模块4接H桥推挽电路驱动模块3，H桥推挽电路驱动模块直接驱动变压器后级驱动模块5以驱动IGBT开通和关断。死驱模块使微型处理器产生的两路PWM脉冲信号产生死区时间，避免上下IGBT管子的同时导通，造成短路。光耦隔离模块将输入端信号与输出端信号进行光电隔离，避免信号间的相互干扰，提高电路的抗干扰性能，同时输入端连接死驱模块输出端接三极管模块，提高脉冲的电压幅值。H桥推挽电路驱动模块提高脉冲的电流值，以提高脉冲信号的驱动能力，用以驱动高频变压器。变压器后级驱动模块防止尖峰电压和电流的产生，保证IGBT的正向开通电压和反向关断，同时使IGBT有可靠的负压关断。

如图2所示，死驱模块1包括与非门P3、第一可调电阻RT1、第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1和第二高频瓷片电容C2，死区时间可以根据接入的电阻值进行调节。与非门P3采用的芯片型号为CD4011，第一可调电阻RT1和第二高频瓷片电容C2组成一个延时电路，第二可调电阻RT2和第一高频瓷片电容C1组成另一个延时电路；微型处理器P2采用STC89C52型号的芯片，3号引脚接5V电源对应的地；微型处理器P2的1号引脚输出的脉冲一路直接送至与非门P3的1号引脚，另一路接第一可调电阻RT1的滑动端；第一可调电阻RT1的一个固定端与第二高频瓷片电容C2的一端及与非门P3的2号引脚连接；第二高频瓷片电容C2的另一端接5V电源对应的地。同理，微型处理器P2的2号引脚输出的脉冲，一路接与非门P3的5号引脚，另一路接第二可调电阻RT2的滑动端；第二可调电阻RT2的一个固定端与第一高频瓷片电容C1的一端及与非门P3的6号引脚；第一高频瓷片电容C1的另一端接5V电源对应的地；与非门P3的3号引脚接12、13号引脚，4号引脚接8、9号引脚，14号引脚供5V电，7号引脚接5V电源对应的地，10、11号引脚则输出两路互补的具有死区时间的脉冲信号，目的是避免上下IGBT管子的同时导通，造成短路。

如图3所示，光耦隔离模块2包括第一光耦P4和第二光耦P5，第一光耦P4和第二光耦P5采用的芯片型号均为4N27；三极管模块4由第一三极管Q1和第二三极管Q2组成；第一光耦P4的5号引脚通过第三限流电阻RT7与第一三极管Q1的基极连接，并经第一上拉电阻RT5接15V电源及第一三极管Q1的发射极；第二光耦P5的5号引脚通过第四限流电阻RT8与第二三极管Q2的基极连接，并经第二上拉电阻RT6接15V电源及第二三极管Q2的发射极；死驱模块1输出的两路脉冲信号分别经第一限流电阻RT3和第二限流电阻RT4送至第一光耦P4和第二光耦P5的1号引脚；高电平有效使光耦内部的发光二极管工作，光耦内部的接收器同时接收到信号，使第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极输出脉冲信号Out1和Out2，用以提高脉冲幅值驱动H桥推挽电路驱动模块3。第一光耦P4和第二光耦P5的4号引脚均接15V电源对应的地，3、6号引脚均悬空。死驱模块1输出的一路脉冲信号经电阻R4和发光二极管D4接第二光耦P5的2号引脚；死驱模块1输出的另一路脉冲信号经电阻R3和发光二极管D3接第一光耦P4的2号引脚；发光二极管D3、D4的负极均接5V电源对应的地；第一三极管Q1的负极接第三可调电阻RT9的滑动端及电阻R7的一端，电阻R7的另一端接发光二极管D7的正极，发光二极管D7的负极及第三可调电阻RT9的一个固定端均接15V电源对应的地；第二三极管Q2的负极接第四可调电阻RT10的滑动端及电阻R8的一端，电阻R8的另一端接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极及第四可调电阻RT10的一个固定端均接15V电源对应的地。

如图4所示，H桥推挽电路驱动模块3包括达林顿对管TIP41和TIP42、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第一电容C11、第二电容C12、第一极性电容C13、第二极性电容C14和六个二极管；二极管有效加速三极管关断，电容起滤波作用；第一二极管D9的正极采用15V供电，光耦隔离模块2输出的一路脉冲信号经第三限流电阻R9接一个达林顿对管的第五三极管Q5和第六三极管Q6的基极，另一路脉冲信号经第四限流电阻R10接另一个达林顿对管的第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极；第四三极管Q4的集电极接第一二极管D9的负极、第三二极管D11的负极、第六二极管D14的负极及第六三极管Q6的集电极；第四三极管Q4的发射极接第三三极管Q3的发射极、第三二极管D11的正极、第二二极管D10的负极、电阻R12的一端、第二极性电容C14的正极及第二电容C12的一端；电阻R12的另一端接发光二极管D16的正极；第三三极管Q3的集电极接第二二极管D10的正极、第五三极管Q5的集电极、第四二极管D12的正极及第五二极管D13的正极；第六三极管Q6的发射极接第五三极管Q5的发射极、第五二极管D13的负极、第六二极管D14的正极、第一电容C11的一端及第一极性电容C13的正极；第四二极管D12的负极、发光二极管D16的负极均接15V电源对应的地；第二极性电容C14的负极接第二电容C12的另一端并输出信号PWM1；第一电容C11的另一端接第一极性电容C13的负极并输出信号PWM2；光耦隔离模块2输出的脉冲信号经H桥推挽电路驱动模块3作用，用以放大脉冲信号的电流值，从而能够驱动变压器后级驱动模块。

如图5所示，变压器后级驱动模块5包括高频变压器Trans3、第七三极管Q7、第七三极管Q8、第三电容C15、第四电容C16、第七二极管D16、第八二极管D19和四个稳压管。H桥推挽电路驱动模块3输出的信号PWM1和PWM2分别输入高频变压器的输入线圈两端；高频变压器的一个输出线圈两端分别接第七二极管D16的正极和第二稳压管D18的正极，另一个输出线圈两端分别接第八二极管D19的正极和第四稳压管D21的正极；电阻R12的一端接第七二极管D16的正极，另一端接第七三极管Q7的基极；电阻R15的一端接第八二极管D19的正极，另一端接第八三极管Q8的基极；第七三极管Q7的集电极接第二稳压管D18的正极及电阻R14的一端，电阻R14的另一端接第一稳压管D17的正极及第三电容C15的一端；第三电容C15的另一端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接第七二极管D16的负极及第七三极管Q7的发射极；第八三极管Q8的集电极接第四稳压管D21的正极及电阻R17的一端，电阻R17的另一端接第三稳压管D20的正极及第四电容C16的一端；第四电容C16的另一端接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接第八二极管D19的负极及第八三极管Q8的发射极；第一稳压管D17的负极接第二稳压管D18的负极，第三稳压管D20的负极接第四稳压管D21的负极；电阻R14和R17为了防止尖峰电压和电流的产生，稳压管D17～D21为了在IGBT栅射极间稳定电压，保证正向开通电压和反向关断电压，电容和三极管的存在是为了使IGBT有可靠的负压关断，从而保证IGBT安全的开通和关断。

本发明原理简单，易于调试，驱动稳定，可靠安全，采用双重隔离对信号进行功率放大，在驱动IGBT的同时确保不会对控制电路造成损坏，在系统出现故障时有效保证驱动电路的安全，避免产生过大的损失及人身安全。另外，对于微型处理器控制的IGBT驱动电路，微型处理器输出的PWM脉冲信号的频率可以调节，该IGBT驱动电路为频率可自动调节提供了一个稳定可靠的电路基础。

一种具有双重隔离的IGBT驱动控制方法，具体步骤如下：

步骤一、微型处理器发出两路互补的具有相同占空比的PWM脉冲信号。

步骤二、微型处理器的两路互补的脉冲信号输入死区模块，经死驱模块的与非门处理后输出两路互补的具有死区时间的脉冲信号。死驱模块的可调电阻和高频瓷片电容组成与非门输入信号前的延时电路，死区时间根据可调电阻的电阻值进行调节。

步骤三、死驱模块输出的两路脉冲信号在高电平持续时间内，光耦隔离模块中光耦内部的发光二极管工作，进而使光耦输出端连接的三极管导通，从而达到放大电压的目的。

步骤四、光耦隔离模块经三极管输出的脉冲信号传给H桥推挽电路驱动模块用以放大脉冲信号的电流值。

步骤五、H桥推挽电路驱动模块输出的两路脉冲信号经变压器后级驱动模块处理获得开通电压和反向关断电压，从而保证IGBT安全的开通和关断。