一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，包括驱动信号测试模块、驱动信号输入接口模块、故障信号变换模块、驱动电源模块、第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块、第一IGBT过流自保持及指示模块、第二IGBT过流自保持及指示模块和外部接口模块；本发明专利技术模块安全控制保护及指示电路，在IGBT驱动器开通时，VCE(IGBT开通时，集电极与发射极电压)保护值稳定；运行过程中抗干扰性强，采用了双通道IGBT驱动，保护时故障点能自锁定，清晰指示任一路IGBT的保护情况，设置了输入信号测试模块，方便输入驱动信号的测试。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路
本专利技术属于IGBT驱动保护
，具体涉及一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路。
技术介绍
IGBT是功率三极管及MOS管的复合功率器件，是一种高频功率控制开关，其开关的动作频率较高，通常工作在1KHZ～50KHZ的频率范围，IGBT开关的动作是由驱动器发出的PWM脉冲进行控制的。IGBT驱动器是驱动IGBT模块开通或关断的高频电子电路，IGBT驱动器性能的好坏，直接影响到IGBT开关动作的导通或关断的可靠性，同时也影响IGBT开关的导通损耗和关断损耗。在IGBT开关导通时，如果出现输出短路或过电流的情况，驱动器还须快速切断PWM脉冲驱动信号，使其IGBT快速关断，避免IGBT模块因为输出短路或过电流损坏IGBT模块。驱动器的选择及输出功率的计算决定了IGBT功率变流器的可靠性。驱动器的驱动性能不足或保护性能不稳定或保护功能不完善，都将可能导致IGBT和驱动器损坏。为了使其IGBT模块在高频开关状态下稳定工作，避免以上类似问题损坏IGBT模块，对目前几款IGBT驱动器普遍存在的问题和缺陷进行剖析总结，并提出一种全新的技术解决方案：a、我国IGBT主驱动器芯片普遍采用的是日本早期的M57962(IGBT驱动芯片)厚膜集成主渠道芯片，这种厚膜集成驱动器师90年代一种老产品，可驱动300A/1700V的IGBT模块，主要保护功能有IGBT的VCE降压检测保护，但保护非常不可靠，抗高频信号干扰能力较差，保护功能不完善，保护速度也较慢。b、老式的IGBT驱动板卡存在IGBT开通时，VCE(IGBT开通时，集电极与发射极电压)(集电极与发射极电压)压降检测保护值不稳定的情况。主要原因是VCE压降检测是通过击穿电路中的稳压管来实现的，优于稳压管的标称值与实际值存在一定的误差，所以保护值也就是一个范围，这对保护点就存在不确定的情况，因为驱动板卡存在保护不可靠的情况。c、老式的驱动板卡通常设计为一个板卡驱动2个IGBT开关(因大多IGBT模块设计为上下半桥封装结构)，在双通道IGBT驱动时，VCE压降检测保护也未能清晰定义是那只IGBT开关进行了VCE压降检测保护。d、老式的IGBT驱动板卡时而出现误触发和误保护的情况，主要是因为IGBT工作在高频开关状态，存在电磁干扰或扰动误触发的情况，老式板卡并未对这些干扰信号进行信号预处理(锁存、滤波、多次比较判断)，而是直接将这些信号送到M57962(IGBT驱动芯片)的驱动或保护封锁端，因而出现误触发和误保护的情况。e、老式的IGBT驱动板卡的PWM信号输入端未设置信号测试环，不方便输入PWM驱动控制信号和IGBT驱动脉冲触发信号的测试和对比。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路解决了现有的IGBT驱动器保护值不稳定、抗干扰性差及不方便测试的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，包括驱动信号测试模块、驱动信号输入接口模块、故障信号变换模块、驱动电源模块、第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块、第一IGBT过流自保持及指示模块、第二IGBT过流自保持及指示模块和外部接口模块；所述驱动信号测试模块的输出端与所述驱动信号输入接口模块的输入端连接，所述驱动信号输入接口模块的输出端分别与所述第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端、第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端、第一IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端和第二IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端连接；所述故障信号变换模块的第一输入端与第一IGBT驱动模块的输出端连接，其第一输出端与第一IGBT过流自保持及指示模块的输入端连接，所述故障信号变换模块的第二输入端与第二IGBT驱动模块的输出端连接，其第二输出端与第二IGBT过流自保持模块的输入端连接；所述驱动电源模块的第一输出端与所述第一IGBT驱动模块的电源端连接，其第二输出端与所述第二IGBT驱动模块的电源端连接；所述第一IGBT驱动模块的信号输入端与第一IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端连接，所述第二IGBT驱动模块的信号输入端与第二IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端连接；所述第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块和第一IGBT过流自保持及指示模块均与所述的外部接口模块连接。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用上电防误动作电路，以及施密特反向器，以及阻容滤波电路提升驱动板抗干扰能力；(2)原始故障信号以低电平为故障信号，输入信号采用高阻抗输入，在实际应用中抗干扰性增强；(3)保护功能更可靠，有效防止IGBT因过流造成的损坏；(4)当IGBT模块出现瞬态过流时，VCE(IGBT开通时，集电极与发射极电压)压降检测保护应灵敏可靠，过流保护动作时(VCE(IGBT开通时，集电极与发射极电压)压降检测信号大于整定的阈值时)，保护信号进行触发锁存，该信号经光耦隔离后送主板封锁PWM脉冲，停止电源工作。同时驱动板能准确判断是那只IGBT模块元件过流，并具有相应的发光二极管进行指示的功能；(5)驱动板上每路PWMM脉冲信号测试针，控制地电位测试针，方便测试人员调试时检测IGBT驱动PWM脉冲输入信号。附图说明图1为本专利技术提供的基于IGBT驱动控制的模块安全保护及指示电路结构示意图。图2为本专利技术提供的驱动信号测试模块、驱动信号输入接口模块和外部接口模块电路原理图。图3为本专利技术提供的第一/第二IGBT过流自保持及指示模块电路原理图。图4为本专利技术提供的第一IGBT驱动模块电路原理图。图5为本专利技术提供的第二IGBT驱动模块电路原理图。图6为本专利技术提供的故障信号变换模块及驱动电源模块电路原理图。图7为本专利技术提供的路径1和路径2示意图。图8为本专利技术提供的路径3和路径4示意图。图9为本专利技术提供的路径5-7示意图。图10为本专利技术提供的路径8-10、路径14-15示意图。图11为本专利技术提供的路径11-13路径示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。实施例1：如图1所示，一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，包括驱动信号测试模块、驱动信号输入接口模块、故障信号变换模块、驱动电源模块、第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块、第一IGBT过流自保持及指示模块、第二IGBT过流自保持及指示模块和外部接口模块；驱动信号测试模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，其特征在于，包括驱动信号测试模块、驱动信号输入接口模块、故障信号变换模块、驱动电源模块、第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块、第一IGBT过流自保持及指示模块、第二IGBT过流自保持及指示模块和外部接口模块；/n所述驱动信号测试模块的输出端与所述驱动信号输入接口模块的输入端连接，所述驱动信号输入接口模块的输出端分别与所述第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端、第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端、第一IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端和第二IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端连接；/n所述故障信号变换模块的第一输入端与第一IGBT驱动模块的输出端连接，其第一输出端与第一IGBT过流自保持及指示模块的输入端连接，所述故障信号变换模块的第二输入端与第二IGBT驱动模块的输出端连接，其第二输出端与第二IGBT过流自保持模块的输入端连接；/n所述驱动电源模块的第一输出端与所述第一IGBT驱动模块的电源端连接，其第二输出端与所述第二IGBT驱动模块的电源端连接；/n所述第一IGBT驱动模块的信号输入端与第一IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端连接，所述第二IGBT驱动模块的信号输入端与第二IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端连接；/n所述第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块和第一IGBT过流自保持及指示模块均与所述的外部接口模块连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，其特征在于，包括驱动信号测试模块、驱动信号输入接口模块、故障信号变换模块、驱动电源模块、第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块、第一IGBT过流自保持及指示模块、第二IGBT过流自保持及指示模块和外部接口模块；
所述驱动信号测试模块的输出端与所述驱动信号输入接口模块的输入端连接，所述驱动信号输入接口模块的输出端分别与所述第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端、第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端、第一IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端和第二IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端连接；
所述故障信号变换模块的第一输入端与第一IGBT驱动模块的输出端连接，其第一输出端与第一IGBT过流自保持及指示模块的输入端连接，所述故障信号变换模块的第二输入端与第二IGBT驱动模块的输出端连接，其第二输出端与第二IGBT过流自保持模块的输入端连接；
所述驱动电源模块的第一输出端与所述第一IGBT驱动模块的电源端连接，其第二输出端与所述第二IGBT驱动模块的电源端连接；
所述第一IGBT驱动模块的信号输入端与第一IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端连接，所述第二IGBT驱动模块的信号输入端与第二IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端连接；
所述第一IGBT驱动模块、第二IGBT驱动模块和第一IGBT过流自保持及指示模块均与所述的外部接口模块连接。


2.根据权利要求1所述的基于IGBT驱动的模块完全控制保护及指示电路，其特征在于，所述驱动信号输入接口模块包括10孔接插件J1；
所述10孔接插件的第一孔与第二孔驱动信号测试模块的第一接口PIN1连接并接地，所述10孔接插件的第三孔与驱动信号测试模块的第二接口PIN2连接，所述10孔接插件的第四孔与所述第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端连接，所述10孔接插件的第五孔与驱动信号测试模块的第二接口PIN3连接，所述10孔接插件的第六孔与所述第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端连接，所述10孔接插件的第七孔和第八孔均与第一IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端连接、第二IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端连接连接，所述10孔接插件的第九孔和第十孔均与12V电源连接。


3.根据权利要求2所述的基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，其特征在于，所述故障信号变换模块包括第一与非门电路U2A和第二与非门电路U2B；
所述第一与非门电路U2A的第二输入端通过电阻R2与12V电源连接，所述第一与非门U2A的电源端分别与接地电容C2和12V电源连接，所述第一与非门U2A的接地端接地，所述第一与非门U2A的输出端依次与电阻R1和二极管D3的正极连接；
所述第二与非门电路U2B的第二输入端通过电阻R4与12V电源连接，所述第二与非门U2B的输出端依次与电阻R3和二极管D4的正极连接；
所述第一与非门电路U2A的第一输入端作为故障信号变换模块的第一输入端；所述二极管D3的负极作为故障信号变换模块的第一输出端；所述第一与非门电路U2B的第一输入端作为故障信号变换模块的第二输入端；所述二极管D4的负极作为故障信号变换模块的第二输出端。


4.根据权利要求3所述的基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，其特征在于，所述驱动电源模块包括电源芯片U1和电源芯片U3；
所述电源芯片U1的VIN端分别与二极管D1的负极、二极管D2的负极和电源芯片U3的VIN端连接，所述二极管D1的正极和二极管D2的正极均与两孔接插件J2的第一孔连接，所述电源芯片U1的GND端和电源芯片U3的GND端均与两孔接插件J2的第二孔连接；
所述电源芯片U1的+VO端分别与电容E1的正极和电容C1的一端连接，所述电源芯片U1的-VO端与电容E2的负极连接，所述电容E2的正极分别与电容E1的负极和电容C1的另一端连接，所述电源芯片U1的0V端分别与电容E1的负极和第一IGBT驱动模块连接；
所述电源芯片的U3的+VO端分别与电容E3的正极和电容C4的一端连接，所述电源芯片U3的-VO端与电容E4的负极连接，所述电容E4的正极分别与电容E3的负极和电容C4的另一端连接，所述电源芯片U3的0V端分别与电容E3的负极和第二IGBT驱动模块连接；
所述电源芯片U1的-VO端作为驱动电源模块的第一输出端；所述电源芯片U3的-VO端作为驱动电源模块的第二输出端。


5.根据权利要求4所述的基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路，其特征在于，所述第一IGBT驱动模块包括第三与非门电路U2C和第四与非门电路U6A；
所述第三与非门电路U2C的第一输入端通过电阻R15分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端、电容C8的一端、电阻R13的一端和第三与非门电路U2C的电源端连接，所述第三与非门电路U2C的第二输入端作为第一IGBT驱动模块，所述电阻R7和电阻R8的另一端与驱动芯片U5的光耦阳极输入端连接，所述电容C8的另一端接地，并通过电阻R12与第四与非门电路阻U6A的第一输入端连接，所述电阻R13的另一端分别与第四与非门电路U6A的输出端、接地电容C10和驱动芯片U5的光耦阴极输入端连接，所述第三与非门电路U2C通过电阻R17与第四与非门电阻U6A的第二输入端连接，所述第四与非门电路U6A的接地端接地；
所述驱动芯片U5的故障输出端与光耦OP1中二极管的负极连接，所述光耦OP1中二极管的正极通过电阻R6分别与电容C6的一端、15V电源和驱动芯片U5的正供电电源端连接，所述光耦OP1中三极管的发射极接地，并与电容E5的负极连接，所述电容E5的正极分别与12V电源和电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与光耦OP1中三极管的集电极连接，所述电容C6的另一端与所述驱动芯片U5的保护电容引入端连接，所述驱动芯片U5的VCE检测端分别与二极管D14的正极和二极管DZ1的负极连接，所述二极管DZ1的正极分别与驱动芯片U5的公共电源端及电容C7的一端连接，所述电容C7的另一端分别与驱动电源模块中芯片U1的0V端和外部接口模块连接，所述驱动芯片U5的脉冲输出端分别与电阻R9的一端、电阻R11的一端和电阻R14的一端连接，所述电阻R9的另一端、电阻R11的另一端和电阻R14的另一端与外部接口模块连接，所述二极管D14、二极管D15、二极管D16、二极管D17、二极管D18、二极管D13、二极管D12、二极管D11、二极管D10、二极管D9、二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8按照正极-负极依次连接，所述二极管D8的负极与外部接口模块连接；
所述第三与非门电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲朝里，江之奎，罗军，张建保，江瀛，
申请(专利权)人：成都通用整流电器研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51