一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路技术方案

本发明专利技术属于驱动电路技术领域，公开了一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路，node1为高电平，则node2为高电平；node3为低电平，node4为低电平；node5也为低电平，三极管Q10导通，node6为低电平，电容C13放电，node7为高电平，node8也为高电平；node9为低电平；node10为高电平，通过电阻R25与二级管D16，node8与node10形成闭锁；node11为低电平，则MOSFET管Q9开通，node12为高电平，node13也为高电平，OUTPUT的4端为高电平，驱动IGBT开通。本发明专利技术隔离电压高，抗干扰能力强，抗dv/dt能力强，价格便宜，并且采用CMOS电路，电路抗干扰等级升高。

A drive control system, method and circuit of IGBT isolated by transformer

【技术实现步骤摘要】
一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路
本专利技术属于驱动电路
，尤其涉及一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：IGBT驱动电路除了对PWM信号进行功率放大之外，还可实现控制回路与功率回路之间的可靠隔离，IGBT功率模块常常工作在高压大电流的环境中，控制电路与功率电路之间存在着较大的电磁干扰以及电平差异，为了防止高压侧的电压波动对低压系统造成影响，IGBT驱动电路必须具有足够高的电气隔离能力。常见的隔离方式主要分为以下四种：电平移位的自举式、光纤隔离、光耦隔离以及脉冲变压器隔离。表1为四种隔离方式的对比，可以看出每种隔离方式都有各自的优缺点，根据各自的特点分别应用于不同的场合。表1四种隔离方式对比电平移位自举式隔离结构简单，使用元器件少，成本较低，但是它的输入级与输出级之间并没有实质性的隔离，因此不符合高压应用场合中对高隔离电压耐量的要求。光纤隔离是利用光信号进行信号的传输，因此其具有较强的抗电磁干扰能力并且隔离电压高、延迟时间短，可实现远距离的信号传输。光纤接收头不能国产，需要原装进口，且信号只能单向传输，也就是需要2个光纤，一个用于传输PWM信号，另外一个用于传输故障信号，但是原装进口的价格高。光耦隔离是通过电-光-电的转换来实现信号的传输，电信号的单向传导性再加上光耦输入级与输出级之间的独立性，使其具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，但是隔离电压不够高，另外价格也比较高。脉冲变压器隔离是通过变压器的方式进行信号传输，它的输入是独立的直流电，输出是交流电，输入级与输出级之间无法形成回路，因此具有隔离作用。但是保护功能不全、抗干扰能力弱。少部分厂家驱动电路采用双变压器隔离，PWM信号采用一个变压器，故障报错采用另一个变压器，这种双变压器结构存在PCB电路板体积大，电路板体积越大，接受的电磁干扰越多，故抗干扰能力越弱，存在易受干扰的缺点。综上所述，现有技术存在的问题是：电平移位自举式隔离结构简单，使用元器件少，成本较低；光耦隔离的隔离电压不够高，价格较高；脉冲变压器保护功能不全、抗干扰能力弱，驱动电路存在PCB电路板体积大，电路板体积越大，接受的电磁干扰越多，故抗干扰能力越弱，存在易受干扰的缺点；光纤隔离接收头不能国产，需要原装进口，且信号只能单向传输，也就是需要2个光纤，原装进口的价格高。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路。本专利技术是这样实现的，一种变压器隔离IGBT驱动控制方法，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法包括：变压器隔离IGBT驱动电路当INPUT为高电平时，即node1为高电平，则node2为高电平，由于U1A的作用，node3为低电平，node4为低电平，由于同相器U2A的作用，node5也为低电平，三极管Q10导通，node6为低电平，电容C13放电，node7为高电平，node8也为高电平，由于U4A的反向作用，node9为低电平，由于U4B的反向作用，node10为高电平，通过电阻R25与二级管D16，node8与node10形成闭锁；由于反相驱动器U5A的作用，node11为低电平，则MOSFET管Q9开通，node12为高电平，node13也为高电平，OUTPUT的4端为高电平，驱动IGBT开通；由于U4F的反向作用，node14为低电平，node15上的电压也就是电容C10上的电压，通过电阻R23放电，node16上的电压也逐渐降低；由于IGBT开通，node20上的电压逐渐降低，node19上的电压也逐渐降低，node18上的电压也逐渐降低，若node16上的电压大于node18上的电压，经过比较器U6A，node17为高电平。进一步，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法若IGBT短路时，node20上的电压升高，node19的电压也升高，node18的电压也升高，若node18上的电压大于node16上的电压，经过比较器U6A，node17为低电平，node17为低电平后，node8为低电平，node9为高电平，node10为低电平，node11为高电平，MOSFET管Q9关断，同时MOSFET管Q11开通，node12和node13都为低电平，则IGBT关断，实现短路保护和故障封锁功能；由于node17为低电平，node21为低电平，node7为高电平，node22为低电平，node23为低电平，node24为低电平，由于node25和node29为高电平，经过与非门U3C，导致node26为低电平，node27为高电平，node28也为高电平，则三极管Q3饱和开通，node30上的电压变低，使得node2上的电压为低，从而从源端封锁PWM脉冲，由于node30上的电压变低，三极管Q4关断，node31电压升高，报出故障，进行故障封锁。进一步，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法当INPUT为低电平时，node1为低电平，node2为低电平，通过U1A，node3为高电平，node4也为高电平，通过U2A，node5也为高电平，三极管Q10关断，三极管Q8开通，node6电压升高，向电容C13充电，node7电压变低，node8电压也变低，由于U4A的作用，node9电压变高，通过U4B的作用，node10电压变低，通过U5A的作用，node11电压变高，MOSFET管Q11开通，MOSFET管Q9关断，node13电压变低，则IGBT关断；由于node10电压变低，以及U4F的作用，node14电压变高，node15电压通过二级管D15也变高为15V，node16电压也相应变为15V，由于IGBT关断，则node20相当于悬空，由于电阻R4和R7的作用，node18电压最高为10V，故U6A的2端，也就是node17电压为高电平，node21电压也为高电平，三极管Q7无法导通，因而在IGBT关断期间，电路不会报出故障。进一步，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法的电路控制侧电压+15v，通过稳压管D7和电阻R13向电容C6充电，若+15v电压数值大于稳压管D7的反向击穿电压，+15v即通过R13向电容C6充电，node32电压上升，三极管Q5饱和导通，node33通过三极管Q5接地，三极管Q1无法导通，若+15v电压数值小于稳压管D7的反向击穿电压，则+15v无法通过R13向电容C6充电，node32电压逐渐降低，三极管Q5关断，+15v通过电阻R8使三极管Q1开通，node34电压通过三极管Q1接地，由于二级管D1的作用，node2电压也为低电平，无法施加IGBT开通信号，也就是PWM脉冲为高电平，从而实现欠压保护功能。本专利技术的另一目的在于提供一种基于所述变压器隔离IGBT驱动控制方法的变压器隔离IGBT驱动控制系统，所述变压器隔离IGBT驱动控制系统包括：保护电路，用于保护电子电路中的功率器件在受到过压、过流、短路、电磁干扰、过温等情况下不受损坏；变压器隔离电路，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器隔离IGBT驱动控制方法，其特征在于，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法包括：变压器隔离IGBT驱动电路当INPUT为高电平时，即node1为高电平，则node2为高电平，由于U1A的作用，node3为低电平，node4为低电平，由于同相器U2A的作用，node5也为低电平，三极管Q10导通，node6为低电平，电容C13放电，node7为高电平，node8也为高电平，由于U4A的反向作用，node9为低电平，由于U4B的反向作用，node10为高电平，通过电阻R25与二级管D16，node8与node10形成闭锁；由于反相驱动器U5A的作用，node11为低电平，则MOSFET管Q9开通，node12为高电平，node13也为高电平，OUTPUT的4端为高电平，驱动IGBT开通；/n由于U4F的反向作用，node14为低电平，node15上的电压也就是电容C10上的电压，通过电阻R23放电，node16上的电压也逐渐降低；由于IGBT开通，node20上的电压逐渐降低，node19上的电压也逐渐降低，node18上的电压也逐渐降低，若node16上的电压大于node18上的电压，经过比较器U6A，node17为高电平。/n...

【技术特征摘要】
1.一种变压器隔离IGBT驱动控制方法，其特征在于，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法包括：变压器隔离IGBT驱动电路当INPUT为高电平时，即node1为高电平，则node2为高电平，由于U1A的作用，node3为低电平，node4为低电平，由于同相器U2A的作用，node5也为低电平，三极管Q10导通，node6为低电平，电容C13放电，node7为高电平，node8也为高电平，由于U4A的反向作用，node9为低电平，由于U4B的反向作用，node10为高电平，通过电阻R25与二级管D16，node8与node10形成闭锁；由于反相驱动器U5A的作用，node11为低电平，则MOSFET管Q9开通，node12为高电平，node13也为高电平，OUTPUT的4端为高电平，驱动IGBT开通；
由于U4F的反向作用，node14为低电平，node15上的电压也就是电容C10上的电压，通过电阻R23放电，node16上的电压也逐渐降低；由于IGBT开通，node20上的电压逐渐降低，node19上的电压也逐渐降低，node18上的电压也逐渐降低，若node16上的电压大于node18上的电压，经过比较器U6A，node17为高电平。


2.如权利要求1所述的变压器隔离IGBT驱动控制方法，其特征在于，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法若IGBT短路时，node20上的电压升高，node19的电压也升高，node18的电压也升高，若node18上的电压大于node16上的电压，经过比较器U6A，node17为低电平，node17为低电平后，node8为低电平，node9为高电平，node10为低电平，node11为高电平，MOSFET管Q9关断，同时MOSFET管Q11开通，node12和node13都为低电平，则IGBT关断，实现短路保护和故障封锁功能；
由于node17为低电平，node21为低电平，node7为高电平，node22为低电平，node23为低电平，node24为低电平，由于node25和node29为高电平，经过与非门U3C，导致node26为低电平，node27为高电平，node28也为高电平，则三极管Q3饱和开通，node30上的电压变低，使得node2上的电压为低，从而从源端封锁PWM脉冲，由于node30上的电压变低，三极管Q4关断，node31电压升高，报出故障，进行故障封锁。


3.如权利要求1所述的变压器隔离IGBT驱动控制方法，其特征在于，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法当INPUT为低电平时，node1为低电平，node2为低电平，通过U1A，node3为高电平，node4也为高电平，通过U2A，node5也为高电平，三极管Q10关断，三极管Q8开通，node6电压升高，向电容C13充电，node7电压变低，node8电压也变低，由于U4A的作用，node9电压变高，通过U4B的作用，node10电压变低，通过U5A的作用，node11电压变高，MOSFET管Q11开通，MOSFET管Q9关断，node13电压变低，则IGBT关断；
由于node10电压变低，以及U4F的作用，node14电压变高，node15电压通过二级管D15也变高为15V，node16电压也相应变为15V，由于IGBT关断，则node20相当于悬空，由于电阻R4和R7的作用，node18电压最高为10V，故U6A的2端，也就是node17电压为高电平，node21电压也为高电平，三极管Q7无法导通，因而在IGBT关断期间，电路不会报出故障。


4.如权利要求1所述的变压器隔离IGBT驱动控制方法，其特征在于，所述变压器隔离IGBT驱动控制方法的电路控制侧电压+15v，通过稳压管D7和电阻R13向电容C6充电，若+15v电压数值大于稳压管D7的反向击穿电压，+15v即通过R13向电容C6充电，node32电压上升，三极管Q5饱和导通，node33通过三极管Q5接地，三极管Q1无法导通，若+15v电压数值小于稳压管D7的反向击穿电压，则+15v无法通过R13向电容C6充电，node32电压逐渐降低，三极管Q5关断，+15v通过电阻R8使三极管Q1开通，node34电压通过三极管Q1接地，由于二级管D1的作用，node2电压也为低电平，无法施加IGBT开通信号，也就是PWM脉冲为高电平，从而实现欠压保护功能。


5.一种基于权利要求1所述变压器隔离IGBT驱动控制方法的变压器隔离IGBT驱动控制系统，其特征在于，所述变压器隔离IGBT驱动控制系统包括：
保护电路，用于保护电子电路中的功率器件在受到过压、过流、短路、电磁干扰、过温等情况下不受损坏；
变压器隔离电路，用于把控制端低压电路与功率端高压电路隔离开来；
欠压保护检测电路，用于当电压下降到某一数值时，保护电路；
短路检测电路，用于检测负载端是否有短路，不同功率器件允许的短路时间略有不同，最大允许时间不超过10us。


6.如权利要求5所述的变压器隔离IGBT驱动控制系统，其特征在于，所述变压器隔离IGBT驱动电路的具体包括关系：
输入电路通过二极管D17串联电阻R12和电阻R3接到+15v；三极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春华，解伟，高临旭，
申请(专利权)人：潍坊学院，泉州装备制造研究所，沧州佳木斯电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37