[發明專利]一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊

在審

• 申請號: 201610281365.5
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105720802A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 董鐵鑫
• 申請（專利權）人: 航天長峰朝陽電源有限公司
• 主分類號: H02M1/092
• 分類號: H02M1/092;H02M7/5387
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 侯蔚寰

技術領域

本發明涉及一種電子電路，具體地說，涉及一種用于逆變器的H橋IGBT柵極驅動模塊。

背景技術

隨著電力電子技術和半導體制造工藝及制造技術的發展，IGBT以其優越的性能已經逐步取代晶閘管，被越來越廣泛地應用到逆變器、變頻器、EPS、UPS及各類電機驅動器中。在這些應用中，IGBT大多工作在高頻、高壓、大電流的條件下，容易出現短路、過載、過熱、過電壓等問題而損壞，設計可靠的驅動電路以減少IGBT的損壞就成為使用IGBT的關鍵，它關系到整個裝置運行的穩定與可靠。

IGBT的驅動電路從電氣結構上分為非隔離式和隔離式。非隔離式是指PWM控制信號與IGBT功率部分共同用一個參考地，如電阻直接驅動、圖騰式驅動、加速驅動以及一些有附加保護功能的驅動等，這種非隔離的驅動方式缺點在于IGBT功率部分容易對PWM控制信號產生干擾。且當IGBT功率部分損壞時，PWM控制信號部分大多隨之一起損壞。隔離式是指PWM控制信號與IGBT功率部分隔離，有各自的參考地，如光耦合器驅動、脈沖變壓器驅動等，這兩種隔離的驅動方式避免了非隔離式的缺點，但有其各自的不足：一般的光耦合器不具備相應的保護功能，而現有的專用IGBT驅動光耦合器的保護功能和驅動能力均有限；脈沖變壓器受其本身結構限制，驅動速度有限，且如果實現各種保護功能需要外加大量的元件，成本較高，可靠性較低。

發明內容

本發明正是為了解決上述技術問題而設計的一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種H橋全功能IGBT隔離驅動控制模塊，包括驅動電源、主控芯片U1、偏置網絡、故障感知網絡和驅動增幅網絡；驅動電源的輸入側與輸出側完全隔離，輸入側電壓為主控芯片U1的3腳VCC1供電，輸出側電壓為主控芯片U1的12腳VCC2和16腳VEE2供電，故障感知網絡介于主控芯片U1與IGBT的C極、E極之間，驅動增幅網絡介于主控芯片U1與IGBT的G極之間；主控芯片U1的3腳VCC1接收外部+5V供電，電容C1為濾波電容器，負責對+5V供電進行濾波和凈化。

電阻R1、R2、R3、R4和電容C2、C3共同組成偏置網絡，電阻R1和電容C2為主控芯片U1的6腳FAULT偏置，正常狀態時主控芯片U1的6腳輸出高電平，當主控芯片U1的14腳DESAT電壓超過7V時，主控芯片U1的6腳輸出低電平，主控芯片U1的11腳VOUT關閉輸出；電阻R2和電容C3為主控芯片U1的5腳偏置，正常狀態時主控芯片U1的5腳輸出高電平，當主控芯片U1的12腳VCC2電壓低于欠壓閥值時，主控芯片U1的5腳輸出低電平，主控芯片U1的11腳VOUT關閉輸出；電阻R3、R4為主控芯片U1的4腳偏置，限制主控芯片U1的4腳輸出電流，保證主控芯片U1的內部光耦合器LED1正常工作；主控芯片U1的2腳接受來自系統主機的PWM信號，經主控芯片U1內部LED2隔離傳輸至其11腳VOUT后送入驅動增幅網絡。

驅動增幅網絡由電阻R5、R6、R7和三極管Q1、Q2、Q3組成，三極管Q1和Q2組成圖騰柱式放大器，對主控芯片U1的11腳VOUT輸出的驅動信號進行功率增幅后驅動IGBT的G極，電阻R5、R6均起到驅動功率設定的作用，用以匹配不同的IGBT；三極管Q3對主控芯片U1的10腳VCLAMP輸出的G極放電信號進行放電增幅后接至IGBT的G極，主控芯片U1的10腳VCLAMP輸出的放電信號與11腳VOUT輸出的驅動信號相位相反，作用為在IGBT關閉時對G極進行放電，實現米勒鉗位，防止IGBT誤導通。

驅動電源由集成控制器U2、光耦合器U3、MOS管Q4、變壓器T、二極管D5、電容C9和高精度基準源U4構成回掃式電路架構；其輸入電壓為+5V，輸出以主控芯片U1的11腳VE為參考地，輸出電壓為+15V和-5V，VE同時連接至IGBT的E極；+15V連接至主控芯片U1的12腳VCC2，-5V連接至主控芯片U1的9腳VEE2；電容C4、C5、C6均為濾波電容器，負責對+15V和-5V進行濾波和凈化；驅動電源工作原理為：U2為集成控制器，通過接受U3光耦合器的反饋信號控制Q4的導通角，從而控制輸出電壓，U4為高精度基準源，通過對輸出電壓采樣，改變U3的反饋信號強弱，使整個架構實現系統閉環，保證輸出電壓的穩定。變壓器T采用三層絕緣線繞制，隔離電壓大于3000V，從而保證了驅動電源的輸入側與輸出側隔離電壓大于2500V。