一种IGBT驱动控制电路的制作方法

本实用新型属于一种在大功率大电流环境下智能检测环境符合并调节相关系统进行运行的技术领域，特别是涉及一种IGBT驱动控制电路。

背景技术：

IGBT简单的可以说是电子电路中的一个开关，IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)，绝缘栅极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

绝缘栅双极晶体管IGBT是第三代电力电子器件，安全工作，它集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-40kHz)的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中。IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。

开关电源中大功率器件驱动电路的设计一向是电源领域的关键技术之一。普通大功率三极管和绝缘栅功率器件(包括VMOS场效应管和IGBT绝缘栅双极性大功率管等),由于器件结构的不同,具体的驱动要求和技术也大不相同。前者属于电流控制器件,要求合适的电流波形来驱动；后者属于电场控制器件，要求一定的电压来驱动。

目前的变频空调每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风量进行制热或制冷，迅速接近所设定的温度。由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式，增大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同级别空调器的1.5倍，低温下仍能保持良好的制热效果。这样的技术虽然相比之前空调有很好很高的制冷制热率，可是还不能充分发挥变频最大优点，那么IGBT驱动技术的应用便可展示出更加不同的一面。

现有专利ZL201420434710.0公开了《一种大电流IGBT驱动控制电路》,由PWM信号接收电路、防止同一桥臂上下两开关管同时开通的逻辑控制电路、信号隔离电路、驱动信号放大电路、IGBT短路电流检测及保护电路和控制电源隔离电路组成；10W的DC/DC隔离电源保证驱动电路瞬时控制IGBT电流达20A，IGBT输出电流达2400A，用在400V级逆变器上输出功率到450KW；驱动控制电路接收主控板PWM信号是5V差分信号，经过信号逻辑互锁防止同一桥臂上下两开关管同时导通、驱动信号光耦隔离放大后接到IGBT门极触发端；控制电路检测IGBT导通压降，上述技术方案通过电流控制器件,要求合适的电流波形来驱动，该方式能耗损失大，控制过程灵敏度低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种IGBT驱动控制电路，通过IGBT驱动电路的关键是驱动保护电路设计，IGBT驱动电路是驱动IGBT模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路，解决了现有的IGBT驱动控制电路能耗高，稳定性差、安全系数低等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为一种IGBT驱动控制电路，包括驱动器，所述驱动器连接有用于PWM输出信号的限流电路；其中，所述限流电路与驱动器之间还设置有保护电路；所述驱动器连接有用于PWM信号控制的第一IGBT模块、第二IGBT模块和电流输出电路；其中，所述电流输出电路与驱动器之间还并联连接有第一电容和第二电容；所述第一电容和第二电容分别连接到驱动电路上其中，所述第一IGBT模块和/或第二IGBT模块均设置有保险电路；其中，所述第一IGBT模块、第二IGBT模块、限流电阻和电流输出电路均连接到采样电路。

进一步地，所述限流电路由限流电阻R14和R15输出给驱动器的信号输入端。

进一步地，所述驱动器采用IR公司的IRGIB10B60KD1。

进一步地，所述保护电路由电阻R20和R21组成，用于在驱动器无输出时确保第一IGBT模块和第二IGBT模块均关断。

进一步地，所述采样电路采用母线电流采样电阻R31。

进一步地，所述保险电路采用电阻R29或R30。

进一步地，所述驱动电路由限流电阻R3和二极管D3，所述限流电阻R3和二极管D3为第一电容和/或第二电容充电。

进一步地，所述电流输出电路包括电阻R24；所述电流输出电路一端连接在驱动器上，所述电流输出电路另一端设置有电平输出端W；采用三组电流输出电路作为三相电的电平输出，包括电平输出端W、电平输出端U和电平输出端V。

进一步地，所述第一IGBT模块包括一电阻R8；所述第一IGBT模块与驱动器、驱动电路形成一回路。

进一步地，所述第二IGBT模块包括一电阻R9；所述第二IGBT模块与驱动器、驱动电路形成一回路。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过IGBT驱动电路的关键是驱动保护电路设计，良好的驱动电路必须保证IGBT的开关损耗量尽可能小。

2、本实用新型通过在IGBT承受短路电流时，如能实现可靠关断，则可以保护IGBT。

3、本实用新型通过IGBT驱动电路是驱动IGBT模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种IGBT驱动控制电路的电路图；

图2为本实用新型的电平控制电路的原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型为一种IGBT驱动控制电路，包括驱动器，驱动器连接有用于PWM输出信号的限流电路；其中，限流电路与驱动器之间还设置有保护电路；驱动器连接有用于PWM信号控制的第一IGBT模块、第二IGBT模块和电流输出电路；其中，电流输出电路与驱动器之间还并联连接有第一电容和第二电容；第一电容和第二电容分别连接到驱动电路上，其中，第一IGBT模块和/或第二IGBT模块均设置有保险电路；其中，第一IGBT模块、第二IGBT模块、限流电阻和电流输出电路均连接到采样电路。

其中，限流电路由限流电阻R14和R15输出给驱动器的信号输入端。

其中，驱动器采用IR公司的IRGIB10B60KD1。

其中，保护电路由电阻R20和R21组成，用于在驱动器无输出时确保第一IGBT模块和第二IGBT模块均关断。

其中，采样电路采用母线电流采样电阻R31。

其中，保险电路采用电阻R29或R30。

其中，驱动电路由限流电阻R3和二极管D3，限流电阻R3和二极管D3为第一电容和/或第二电容充电。

其中，电流输出电路包括电阻R24；电流输出电路一端连接在驱动器上，电流输出电路另一端设置有电平输出端W；采用三组电流输出电路作为三相电的电平输出，包括电平输出端W、电平输出端U和电平输出端V。

其中，第一IGBT模块包括一电阻R8；第一IGBT模块与驱动器、驱动电路形成一回路。

其中，第二IGBT模块包括一电阻R9；第二IGBT模块与驱动器、驱动电路形成一回路。

如图1所示，PWM1、PWM2是驱动器MCU的PWM输出信号，通过限流电阻R14、R15输出给驱动器IR2106的信号输入端。

下拉电阻R20、R21确保在MCU无输出或者非正常状态时确保上下桥臂均关断，不会造成直通的问题。

驱动器2106是专门用来驱动这种上下桥臂的，具有控制简单，价格便宜的特点。其工作电压在10-20V之间，所以一般的供电电压VCC取中间值15V。IO+和IO-的输出电流高达200mA和350mA。

电解电容E4是自举储能电容。当下桥臂开通时，W点为低电平1.7V(按照IRGIB10B60KD1参数)，所以+15V通过限流电阻R3和二极管D3给电解电容E4充电。当下桥臂关断，上桥臂开通时，W点瞬间由低电平变为与母线电压相同，按照理想的是310V-1.7V＝308.3V，由于D3的反向截至，和电解电容E4的储能，此时IC3的8脚VB仍然相对于第6脚VS保持有+15V的压差。上桥臂导通信号使能后，HO与VB开通，VB提供能量给HO，使上桥臂的门极对源极正偏置，使IGBT保持导通。

关于自举电容的选取，主要看载波频率和驱动方式，一般确保VB上的纹波在1V之内。由此可见此电容宜选大。但是只有在下桥臂导通后电解电容才能充电，所以如果电容过大，当下桥臂关断后，电容仍未充满电，那么就会造成上桥臂无法正常打开等异常情况，所以自举电容也不能过大。一般在洗衣机上，如果载波频率在8-15K之间，最好选择47uF的。

由于VB的最高电压是310-1.7+15＝323.3V，所以二极管D3一定要选取高耐压的，考虑到裕量的问题，这里选择600V的。而且VB脚的电压切换速度非常之快，所以D3一定要选快恢复二极管，一般需要100ns以下的。

电阻R8、R9是给IGBT的gate端限流的，其值的选取与载波频率和IGBT有关，这里选47欧(按照IGBT厂家推荐值是50欧)。

电阻R29和R30可以增加IGBT关断的可靠性。

电阻R24主要是为了在过EMI时，减小对外辐射。

IGBT的选取有很多选择，这里选的是IR公司的IRGIB10B60KD1，10A,600V的。一般的公司提供的电流是25℃的，而IR公司提供的是100℃的，所以要注意这里的区别。

R31是大功率小阻值的功率电阻。用于电流采样用。由于所有电流都要经过这个电阻，所以此电阻又叫母线电流采样电阻。由于此处的电流一般都很大，而且是交流的，所以电阻要选取电感量小的，贴片的优于直插的，避免线路电感产生影响。母线平均电流与电阻值就可算出电阻上的损耗功率，所以从功率方面讲，电阻越小越好。但是由于是读取取样电阻两端的电压，经过放大后作为电流信号处理的，所以，电阻值太小也不好，一般选取10毫欧到50毫欧之间，功率3W或5W的，精度最好是1％的，但是一般很贵，所以一般选取5％的。

三、注意事项

由于分离器件不带过压、过流和过温等保护，所以相应的保护需要外部自己加。相应电路请参考科技公司相应模块推荐电路。

1、过压保护采用母线电压检测电路。

2、过流保护采用母线电流检测电路。

3、高温保护，一般不加。如果要加就选取温度传感器(NTC)紧靠在散热片上，如果温度过高，则MCU反馈，保护。

4、PCB板布板要求：

①MCU、DRIVER和IGBT之间构成两个回路：MCU的PWM输出到DRIVER的输入之间构成的回路；DRIVER的输出到IGBT之间的回路。原则上，两个回路都是越小越好，也就是他们之间靠的越近越好。如果由于PCB板的布局造成无法保证的话，那么以DRIVER的输出到IGBT之间的回路为优先保证。

②电阻R14、R15原则上靠近DRIVER近一些。下拉R20、R21要求靠近DRIVER，而且接地点与DRIVER的第4脚靠近。

③DRIVER到IGBT之间的走线要求尽量短，分布要均匀。

④一定要注意低压区和高压区之间的电器间隙以及爬电距离。特别注意DRIVER(IC3)的第5脚与第6脚之间的间距要处理好。

⑤图中，绿色框中是高压部分，但是框内各元件之间的电压差都在15V以内，处理的时候可以靠的近一些。

⑥整体布局时一定要注意，三个桥臂的电路一定要做到对称，保证各信号之间的感抗、容抗基本相同，以免由于线路对信号的延迟造成控制的失效。

本实用新型的IGBT主要用于变频器的控制上，起到一个开关的作用。

如图2所示，为三组该电平控制电路的原理图。PWM输出信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6分别产生三个电流信号U、W、V。

驱动器2106S包括第一脚VCC、第二脚HIN、第三脚LIN、第四脚COM、第五脚LO、第六脚VS、第七脚HO和第八脚VB。

在三相电输出端U，PWM1通过R10连接到第二脚HIN，PWM2通过R11连接到第三脚LIN；第四脚COM连接到地线；R10串联有R16连接到地线，R11串联有R17连接到地线，第一脚VCC连接到电容C1，电容C1一端接地，同时接到电容E1，电容E1串联有电阻R1和二极管D1，二极管D1分别同时串联有电容E2和C2；驱动器的第八脚VB连接到二极管D1与电容E2之间。

驱动器的第七脚HO依次串联到电阻R4和第六IGBT模块，第六脚VS依次串联到电阻R22，形成电平输出U；第五脚LO依次串联到电阻R5和第五IGBT模块，同时电阻R5串联电阻R26到地线。

在三相电输出端V，PWM3通过R12连接到第二脚HIN，PWM4通过R13连接到第三脚LIN；第四脚COM连接到地线；R12串联有R18连接到地线，R11串联有R19连接到地线，第一脚VCC连接到电容C3，电容C3一侧串联有电阻R2和二极管D2，二极管D2分别同时串联有电容E3和C3；驱动器的第八脚VB连接到二极管D2与电容E3之间。

驱动器的第七脚HO依次串联到电阻R6和第四IGBT模块，第六脚VS依次串联到电阻R23，形成电平输出V；第五脚LO依次串联到电阻R7和第三IGBT模块，同时电阻R7串联电阻R28到地线。

在三相电输出端W，PWM5通过R14连接到第二脚HIN，PWM6通过R15连接到第三脚LIN；第四脚COM连接到地线；R14串联有R20连接到地线，R15串联有R21连接到地线，第一脚VCC连接到电容C5，电容C5一侧串联有电阻R3和二极管D3，二极管D3分别同时串联有电容E4和C4；驱动器的第八脚VB连接到二极管D4与电容E4之间。

驱动器的第七脚HO依次串联到电阻R8和第一IGBT模块，第六脚VS依次串联到电阻R24，形成电平输出W；第五脚LO依次串联到电阻R9和第二IGBT模块，同时电阻R9串联电阻R30到地线。

地线上设置有电阻R31。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。