一种带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路及检测方法技术

本发明专利技术公开了一种带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路及检测方法，该电路包括微控制器MCU、逻辑与门、可控反相器、电平转换模块、信号隔离模块、驱动模块、有源钳位电路和IGBT晶体管，信号隔离模块3个信号隔离器；微控制器MCU输出引脚与可控反相器的输入引脚相连，可控反相器的输出引脚与第二信号隔离器的输入端相连，第二信号隔离器的输出端与电平转换模块的输入端相连，电平转换模块的输出端与驱动模块的输入引脚相连；在IGBT硬短路发生时，通过逻辑门电路控制关断PWM信号,从而关断IGBT，防止IGBT直通。本发明专利技术能够在IGBT发生短路时，有效的保护IGBT，安全性强、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及IGBT驱动电路
，尤其涉及一种带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路及检测方法。
技术介绍
电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。绝缘栅晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,缩称IGBT)是一种近年来发展迅速，应用广泛的功率器件，在大功率电路中它的作用尤其显著。IGBT的安全工作区和开关特性随驱动电路的改变而变化，因此为了保证主电路正常工作，根据主电路的要求正确选择和设计IGBT的驱动电路是十分重要的。驱动电路的基本功能可以归纳如下：1)具有较强的抗干扰能力以保证器件在高频工况下可靠工作；2)实现驱动电路和控制电路的电气隔离；3)具有可靠的保护功能，例如短路保护，过流保护，集电极过压保护等，当发生保护时驱动电路应迅速封锁正向栅压并将器件关断；4)具有短的信号传输延迟时间；5)具有向栅极提供足够的驱动栅电荷以保证器件的开关性能。随着大电流高电压IGBT的模块化、集成化，专用驱动芯片因其性能比分立式电路好，对提高可靠性能、简化设计程序和减小电路体积均有益处。目前市面上出售的模块化驱动集成片也有好多种，大部分驱动芯片是应用在中小功率的电力电子电路中，由于其要输出负压保证IGBT完全可靠关断，其供电电压也必须是正负双电源供电，而且驱动集成片最高运行频率也不高。另外对IGBT短路检测是基于退饱和原理，这样必然存在检测的盲区时间，即保护盲区时间，
导致IGBT可能在较长时间处于退饱和的状态，这样可能导致IGBT因在一定时间内处于过流状态而没有得到及时的处理而损坏。目前已有的IGBT驱动电路具有以下缺陷：(1)在驱动保护电路上存在许多不足之处。现在大部分驱动保护产品的驱动保护电路采用的是根据IGBT退饱和原理进行检测，这样的话会产生IGBT保护的检测盲区，从而导致IGBT的处理故障的反应时间变长，使IGBT损毁的概率增大。(2)初始上电不稳定。一般的微控制模块其通用I/O引脚为内部上拉或者高阻状态，在上电复位、死机或者受到较强的外界高频辐射时，会导致驱动模块输出冲击电平影响IGBT的开关。(3)微控制芯片输出的驱动信号与驱动模块之间无保护。市面上很多驱动电路，都是直接将微控制模块输出的PWM信号输入到驱动模块，首先微控制模块输出的信号供给驱动模块存在驱动能力不足的问题，其次，当不确定因素造成微控制模块输出的PWM信号一直为高则会造成IGBT一直导通直至烧毁IGBT。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中容易产生保护的检测盲区，且安全性能差的缺陷，提供一种在IGBT发生两种短路方式(IGBT桥臂直通短路和负载短路)时都能有效的保护IGBT，安全性强、可靠性高的带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路及检测方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路，包括微控制器MCU、逻辑与门、可控反相器、电平转换模块、信号隔离模块、驱动模块、有源钳位电路和IGBT晶体管，信号隔离模块包括第一信号隔离器、第二信号隔离器和第三信号隔离器，其中：微控制器MCU输出引脚与可控反相器的输入引脚相连，可控反相器的输出引脚与第二信号隔离器的输入端相连，第二信号隔离器的输出端与电平转换模
块的输入端相连，电平转换模块的输出端与驱动模块的输入引脚相连；逻辑与门的使能引脚与微控制器MCU的I/O引脚相连，逻辑与门的第一输入引脚与第一信号隔离器的输出端相连，第一信号隔离器的输入端与第一二极管的阳极相连，同时通过第一电阻与VCC电源相连，通过第一电容与GND相连，第一二极管的阴极与驱动模块的SO引脚相连，同时通过第二电阻与VDD2电源相连；逻辑与门的第二输入引脚与第三隔离信号器的输出端相连，第三隔离信号器输入端与比较器的输出端相连；驱动模块通过有源钳位电路与IGBT晶体管相连。进一步地，本专利技术的IGBT晶体管的寄生电感还连接有电压检测电路，该电压检测电路用于实时检测寄生电感的电压，包括电压检测模块、比较器和第三信号隔离器。进一步地，本专利技术的有源钳位电路包括第四稳压二极管、第五稳压二极管，第三二极管、第三电阻、第二电容；第五稳压二极管的阳极和驱动模块的G引脚相连，第五稳压二极管的阴极和第四稳压二极管的阳极相连，同时与第三电阻和第二电容的一端相连，稳压二极管D4的阴极与第三电阻、第二电容的另一端相连后和第三二级管的阳极相连，第三二极管的阴极和IGBT晶体管的集电极相连。进一步地，本专利技术的驱动模块包括驱动电路和退饱和电压检测电路。进一步地，本专利技术的驱动模块包括多个电阻、P沟道MOSFET和N沟道MOSFET、比较器、三极管、第六二极管和第三电容；其中：P沟道MOSFET的源极与电源VCC1相连，N沟道MOSFET的源极和GND相连,P沟道MOSFET和N沟道MOSFET的门极相连后和输入信号INA相连；输入信号与第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端和第六电阻的一端与第三电容的一端相连，同时与三极管的基极相连，第六电阻和第三电容的另一端相连后与GND相连；第六二极管的阴极和IGBT晶体管的集电极C相连，第六二极管的阳极和三极管的发射极相连，同时通过第十电阻和电源VCC2相连，三极管的发射极和第七电阻相连，第七电阻的另一端和第八电阻相连，同时与比较器的反相输入端相连，第八电阻的另一端和GND相连；比较器的同向输入端通过第九电
阻和IGBT晶体管的E极相连，同时与电源U的正极相连，电源的负极和N沟道MOSFET的源极相连。本专利技术提供一种带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路的检测方法，包括以下步骤：S1、微控制器MCU产生PWM信号，并将其发送给可控反相器；可控反相器将接收到的PWM信号翻转成NPWM驱动信号，并将其发送给电平转换模块；电平转换模块将NPWM驱动信号翻转成DPWM信号，并将其发送给驱动模块，该DPWM信号的电平和驱动模块匹配；S2、实时检测IGBT晶体管；S3、若检测到驱动模块输出低电平信号时，该信号被有源钳位电路钳位为低电平，通过逻辑与门输出低电平信号，并控制可控反相器输出，从而关断PWM信号；此时微控制器MCU检测到低电平信号，判断IGBT晶体管发生短路故障，对其进行故障处理；S4、若检测到比较器输出低电平信号时，通过信号隔离拉低信号，通过逻辑与门输出低电平信号，并控制可控反相器输出，从而关断PWM信号；此时微控制器MCU检测到低电平信号，判断IGBT晶体管发生短路故障，对其进行故障处理。进一步地，本专利技术的步骤S3中的方法还包括：当集电极电压高于由稳压管二极管设定的阈值时，通过有源钳位电路将集电极电压钳位在设定的阈值上。进一步地，本专利技术的步骤S4中的方法还包括：当DPWM信号从输入端INA输入后，就会输出驱动信号，同时在驱动信号为IGBT开通时就会检测IGBT的集电极电压，当集电极电压高于设定的电压值时，就会输出SO低电平信号，表明有短路现象发生。本专利技术产生的有益效果是：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路，其特征在于，包括微控制器MCU、逻辑与门、可控反相器、电平转换模块、信号隔离模块、驱动模块、有源钳位电路和IGBT晶体管，信号隔离模块包括第一信号隔离器、第二信号隔离器和第三信号隔离器，其中：微控制器MCU输出引脚与可控反相器的输入引脚相连，可控反相器的输出引脚与第二信号隔离器的输入端相连，第二信号隔离器的输出端与电平转换模块的输入端相连，电平转换模块的输出端与驱动模块的输入引脚相连；逻辑与门的使能引脚与微控制器MCU的I/O引脚相连，逻辑与门的第一输入引脚与第一信号隔离器的输出端相连，第一信号隔离器的输入端与第一二极管(D1)的阳极相连，同时通过第一电阻(R1)与VCC电源相连，通过第一电容(C1)与GND相连，第一二极管(D1)的阴极与驱动模块的SO引脚相连，同时通过第二电阻(R2)与VDD2电源相连；逻辑与门的第二输入引脚与第三隔离信号器的输出端相连，第三隔离信号器输入端与比较器的输出端相连；驱动模块通过有源钳位电路与IGBT晶体管相连。

【技术特征摘要】
1.一种带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路，其特征在于，包括微控制器MCU、逻辑与门、可控反相器、电平转换模块、信号隔离模块、驱动模块、有源钳位电路和IGBT晶体管，信号隔离模块包括第一信号隔离器、第二信号隔离器和第三信号隔离器，其中：微控制器MCU输出引脚与可控反相器的输入引脚相连，可控反相器的输出引脚与第二信号隔离器的输入端相连，第二信号隔离器的输出端与电平转换模块的输入端相连，电平转换模块的输出端与驱动模块的输入引脚相连；逻辑与门的使能引脚与微控制器MCU的I/O引脚相连，逻辑与门的第一输入引脚与第一信号隔离器的输出端相连，第一信号隔离器的输入端与第一二极管(D1)的阳极相连，同时通过第一电阻(R1)与VCC电源相连，通过第一电容(C1)与GND相连，第一二极管(D1)的阴极与驱动模块的SO引脚相连，同时通过第二电阻(R2)与VDD2电源相连；逻辑与门的第二输入引脚与第三隔离信号器的输出端相连，第三隔离信号器输入端与比较器的输出端相连；驱动模块通过有源钳位电路与IGBT晶体管相连。2.根据权利要求1所述的带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路，其特征在于，IGBT晶体管的寄生电感还连接有电压检测电路，该电压检测电路用于实时检测寄生电感的电压，包括电压检测模块、比较器和第三信号隔离器。3.根据权利要求1所述的带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路，其特征在于，有源钳位电路包括第四稳压二极管(D4)、第五稳压二极管(D5)，第三二极管(D3)、第三电阻(R3)、第二电容(C2)；第五稳压二极管(D5)的阳极和驱动模块的G引脚相连，第五稳压二极管(D5)的阴极和第四稳压二极管(D4)的阳极相连，同时与第三电阻(R3)和第二电容(C2)的一端相连，稳压二极管D4的阴极与第三电阻(R3)、第二电容(C2)的另一端相连后和第三二级管(D3)的阳极相连，第三二极管(D3)的阴极和IGBT晶体管的集电极相连。4.根据权利要求1所述的带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路，其特征
\t在于，驱动模块包括驱动电路和退饱和电压检测电路。5.根据权利要求4所述的带避免短路保护盲区的IGBT驱动电路，其特征在于，驱动模块包括多个电阻、P沟道MOSFET(VT4)和N沟道MOSFET(VT5)、比较器、三极管(Q1)、第六二极管(D6)和第三电容(C3)；其中：P沟道MOSFET(VT4)的源极与电源VCC1相连，N沟道MOSFET(VT5)的源极和GND相连,P沟道M...

【专利技术属性】
技术研发人员：全书海，徐先锋，黄亮，谢长君，叶麦克，陈启宏，石英，张立炎，肖朋，邓坚，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42