CN105634251B - 具有多功能的igbt驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种具有多功能的IGBT驱动电路，包括电源模块、信号处理模块以及功率放大模块，所述电源模块向信号处理模块以及功率放大模块供电，所述信号处理模块向功率放大模块输出控制信号，所述功率放大模块根据信号处理模块输出的控制信号输出IGBT驱动信号、IGBT测试信号或者IGBT关断信号，通过这种结构，既能够驱动IGBT在正常使用中工作，而且又能够在不拆卸的情况下进行参数测试，实现对IGBT模块的寄生参数的在线监测，一方面节省人力、物力，提高测试效率，降低使用成本以及提高应用灵活性，另一方面，能够有效避免外界因素的干扰，确保最终测试的准确性，从而能够准确评估IGBT模块的老化状态。

Description

具有多功能的IGBT驱动电路
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种具有多功能的IGBT驱动电路。
背景技术
IGBT模块广泛应用于机车牵引、电动汽车、航空电源以及可再生能源并网发电等领域，在这些领域中，应用工况复杂、处理功率随机波动，使得IGBT模块承受不均衡的电热应力，容易引起IGBT模块的老化，从而降低了使用IGBT模块的设备的可靠性。
由于IGBT模块在老化过程中，其自身寄生参数会发生相应的变化，为了检测IGBT模块的老化状态，一般通过对IGBT模块的寄生参数进行检测，从而评估IGBT模块的老化状态，现有的方法是将某设备中的IGBT模块从设备上拆卸下来，将IGBT模块与原驱动电路断开，然后通过专门的测试设备进行测试，这种方式浪费巨大的人力和物力，而且效率低下，更为重要的是，在拆卸过程中，由于拆卸操作等原因会对IGBT模块造成影响，也就是说最终测试时的参数可能为拆卸操作以及电热应力的共同作用下产生的，从而影响最终测试的准确性。
因此，需要提出一种具有多功能的IGBT驱动电路，既能够驱动IGBT在正常使用中工作，而且又能够在不拆卸的情况下进行参数测试，一方面节省人力、物力，提高测试效率，另一方面，能够有效避免外界因素的干扰，确保最终测试的准确性，从而能够准确评估IGBT模块的老化状态。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有多功能的IGBT驱动电路，既能够驱动IGBT在正常使用中工作，而且又能够在不拆卸的情况下进行参数测试，一方面节省人力、物力，提高测试效率，另一方面，能够有效避免外界因素的干扰，确保最终测试的准确性，从而能够准确评估IGBT模块的老化状态。
本发明提供的一种具有多功能的IGBT驱动电路，包括电源模块、信号处理模块以及功率放大模块，所述电源模块向信号处理模块以及功率放大模块供电，所述信号处理模块向功率放大模块输出控制信号，所述功率放大模块根据信号处理模块输出的控制信号输出IGBT驱动信号、IGBT测试信号或者IGBT关断信号。
进一步，所述功率放大模块包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、电阻R1、电阻R2以及双向TVS二极管；
所述三极管Q1和三极管Q2均为NPN型三极管，三级管Q3为PNP型三极管；电阻R1的一端与所述三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极以及三极管Q3的发射极连接，电阻R1的另一端作为功率放大模块的输出端；三极管Q1的基极、三极管Q2的基极以及三极管Q3的基极分别与信号处理模块的控制信号输出端连接，三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极以及三极管Q3的集电极分别与电源模块的输出端连接，双向TVS二极管与电阻R2并联后一端连接于电阻R1作为功率放大模块的输出端的一端，另一端接地。
进一步，所述功率放大模块按照如下方式工作：
三极管Q1、三极管Q2以及三极管Q3的基极逻辑信号分别以g1、g2和g3表示；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝1,g2＝0,g3＝1，功率放大模块输出电压为Vc11；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝0,g2＝1,g3＝1，功率放大模块输出的电压为Vc12；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝0,g2＝0,g3＝0，功率放大模块输出的电压为Ve1；
其中，Vcll为功率放大模块输出的驱动电压，Vc12为功率放大模块输出的测试电压，Ve1为功率放大模块输出的关断电压。
进一步，还包括故障检测模块，所述故障检测模块的输入端与被驱动的IGBT的集电极连接，故障检测模块的输出端与信号处理电路的检测输入端连接。
进一步，所述故障检测模块包括二极管D1、电阻R3、比较器U1以及定时器T1；
所述电阻R3的一端连接电源Ucc，另一端连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极与被驱动的IGBT的集电极连接，比较器U1的正相端连接于二极管D1与电阻R3之间的公共连接点，比较器U1的反相端输入设定参考信号，定时器T1的第一输入端与比较器U1的输出端连接，定时器T1的第二输入端输入控制信号，定时器T1的输出端与信号处理电路的输入端连接。
进一步，还包括输入隔离单元，所述输入隔离单元的输入端与外部电源连接，输入隔离单元的输出端与电源模块的输入端连接。
进一步，还包括光耦隔离单元，所述光耦隔离单元具有两个输入端，其中第一输入端输入驱动信号，第二输入端输入测试信号，光耦隔离单元具有两个输出端，其中第一输出端x和第二输出端y均与信号处理模块的输入端连接，第一输出端x和故障检测模块的定时器的第二输入端连接。
本发明的有益效果：本发明的具有多功能的IGBT驱动电路，既能够驱动IGBT在正常使用中工作，而且又能够在不拆卸的情况下进行参数测试，实现对IGBT模块的寄生参数的在线监测，一方面节省人力、物力，提高测试效率，降低使用成本以及提高应用灵活性，另一方面，能够有效避免外界因素的干扰，确保最终测试的准确性，从而能够准确评估IGBT模块的老化状态。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的功率放大模块的电路原理图。
图3为本发明的光耦隔离单元的电路原理图。
图4为本发明的故障检测单元的电路原理图。
具体实施方式
图1为本发明的原理框图，图2为本发明的功率放大模块的电路原理图，图3为本发明的光耦隔离单元的电路原理图，图4为本发明的故障检测单元的电路原理图，如图所示，本发明提供的一种具有多功能的IGBT驱动电路，包括电源模块、信号处理模块以及功率放大模块，所述电源模块向信号处理模块以及功率放大模块供电，所述信号处理模块向功率放大模块输出控制信号，所述功率放大模块根据信号处理模块输出的控制信号输出IGBT驱动信号、IGBT测试信号或者IGBT关断信号，通过这种结构，既能够驱动IGBT在正常使用中工作，而且又能够在不拆卸的情况下进行参数测试，实现对IGBT模块的寄生参数的在线监测，一方面节省人力、物力，提高测试效率，降低使用成本以及提高应用灵活性，另一方面，能够有效避免外界因素的干扰，确保最终测试的准确性，从而能够准确评估IGBT模块的老化状态。
其中，电源模块不仅仅向功率放大模块供电，还向故障检测模块、信号处理模块以及光耦隔离单元进行供电，可以通过现有的电路实现不同电压等级输出，本实施例中，电源模块输出的电压分别为+15V的Vc11，用于驱动IGBT工作；+12V的Vc12，用作IGBT的测试信号；+5V，用于光耦隔离单元的工作电压；-7V的Ve1，用于IBGT的关断驱动；
信号处理模块，在本实施例中，具有三个信号输入和三个逻辑输出，其中三个逻辑输出分别向三极管Q1、三极管Q2以及三极管Q3的基极输出逻辑信号，三个信号输入分别接收故障检测模块输出信号z、光耦隔离单元输出信号y以及光耦隔离单元输出信号x。
本实施例中，所述功率放大模块包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、电阻R1、电阻R2以及双向TVS二极管；
所述三极管Q1和三极管Q2均为NPN型三极管，三级管Q3为PNP型三极管；电阻R1的一端与所述三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极以及三极管Q3的发射极连接，电阻R1的另一端作为功率放大模块的输出端g，并向图4中的被驱动的IGBT的栅极输出驱动信号；三极管Q1的基极、三极管Q2的基极以及三极管Q3的基极分别与信号处理模块的控制信号输出端连接，三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极以及三极管Q3的集电极分别于电源模块的输出端连接，双向TVS二极管与电阻R2并联后一端连接于电阻R1作为功率放大模块的输出端的一端，另一端接地；
其中，所述功率放大模块按照如下方式工作：
三极管Q1、三极管Q2以及三极管Q3的基极逻辑信号分别以g1、g2和g3表示；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝1,g2＝0,g3＝1，功率放大模块输出电压为Vc11；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝0,g2＝1,g3＝1，功率放大模块输出的电压为Vc12；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝0,g2＝0,g3＝0，功率放大模块输出的电压为Ve1；
其中，Vcll为功率放大模块输出的驱动电压，一般来说为+15V，Vc12为功率放大模块输出的测试电压，一般来说为+12V，Ve1为功率放大模块输出的关断电压，一般来说为-7V。
本实施例中，还包括故障检测模块，所述故障检测模块的输入端与被驱动的IGBT的集电极连接，故障检测模块的输出端与信号处理电路的检测输入端连接。
其中，所述故障检测模块包括二极管D1、电阻R3、比较器U1以及定时器T1；
所述电阻R3的一端连接电源Ucc，另一端连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极与被驱动的IGBT的集电极连接，比较器U1的正相端连接于二极管D1与电阻R3之间的公共连接点，比较器U1的反相端输入设定参考信号Uref，其中，比较器U1反相端输入的设定参考信号Uref和电源Ucc由电源模块提供，定时器T1的第一输入端与比较器U1的输出端连接，定时器T1的第二输入端输入控制信号，定时器T1的输出端与信号处理电路的输入端连接，其中，比较器输出的逻辑信号与光耦隔离单元输出信号x经过定时器T1处理后得到信号z，当被驱动IGBT的集电极与发射极之间的电压超过设定参考信号时，比较器输出逻辑为1，当有控制信号输入时(即逻辑信号x为0)，则判定被驱动IGBT发生短路，如果检测到IGBT发生短路的时间超过定时器设定的短路保护时间，定时器就输出逻辑信号z到信号处理模块，实现被驱动的IGBT保护。
本实施例中，还包括输入隔离单元，所述输入隔离单元的输入端与外部电源连接，输入隔离单元的输出端与电源模块的输入端连接，其中，输入隔离单元用于将电源模块与外部电源之间进行电气隔离，可以采用DC-DC隔离变换器、AC-DC隔离变换器以及其他形式的隔离变换器来实现。
本实施例中，还包括光耦隔离单元，所述光耦隔离单元具有两个输入端，其中第一输入端输入驱动信号，即Signal1，第二输入端输入测试信号，即Signal2，光耦隔离单元具有两个输出端，其中第一输出端x和第二输出端y均与信号处理模块的输入端连接，第一输出端x和故障检测模块的定时器的第二输入端连接，如图所示，光耦隔离单元具有两个结构相同的光耦隔离电路，其中一个输出逻辑信号x到故障检测模块的定时器的第二输入端，输出逻辑信号x和另一个输出逻辑信号y到信号处理模块中。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种具有多功能的IGBT驱动电路，其特征在于：包括电源模块、信号处理模块以及功率放大模块，所述电源模块向信号处理模块以及功率放大模块供电，所述信号处理模块向功率放大模块输出控制信号，所述功率放大模块根据信号处理模块输出的控制信号输出IGBT驱动信号、IGBT测试信号或者IGBT关断信号；
所述功率放大模块包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、电阻R1、电阻R2以及双向TVS二极管；
所述三极管Q1和三极管Q2均为NPN型三极管，三级管Q3为PNP型三极管；电阻R1的一端与所述三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极以及三极管Q3的发射极连接，电阻R1的另一端作为功率放大模块的输出端；三极管Q1的基极、三极管Q2的基极以及三极管Q3的基极分别与信号处理模块的控制信号输出端连接，三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极以及三极管Q3的集电极分别与电源模块的输出端连接，双向TVS二极管与电阻R2并联后一端连接于电阻R1作为功率放大模块的输出端的一端，另一端接地；
所述功率放大模块按照如下方式工作：
三极管Q1、三极管Q2以及三极管Q3的基极逻辑信号分别以g1、g2和g3表示；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝1,g2＝0,g3＝1，功率放大模块输出电压为Vc11；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝0,g2＝1,g3＝1，功率放大模块输出的电压为Vc12；
当信号处理模块输出的逻辑信号为g1＝0,g2＝0,g3＝0，功率放大模块输出的电压为Ve1；
其中，Vcll为功率放大模块输出的驱动电压，Vc12为功率放大模块输出的测试电压，Ve1为功率放大模块输出的关断电压。
2.根据权利要求1所述具有多功能的IGBT驱动电路，其特征在于：还包括故障检测模块，所述故障检测模块的输入端与被驱动的IGBT的集电极连接，故障检测模块的输出端与信号处理电路的检测输入端连接。
3.根据权利要求2所述具有多功能的IGBT驱动电路，其特征在于：所述故障检测模块包括二极管D1、电阻R3、比较器U1以及定时器T1；
所述电阻R3的一端连接电源Ucc，另一端连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极与被驱动的IGBT的集电极连接，比较器U1的正相端连接于二极管D1与电阻R3之间的公共连接点，比较器U1的反相端输入设定参考信号，定时器T1的第一输入端与比较器U1的输出端连接，定时器T1的第二输入端输入控制信号，定时器T1的输出端与信号处理电路的输入端连接。
4.根据权利要求1所述具有多功能的IGBT驱动电路，其特征在于：还包括输入隔离单元，所述输入隔离单元的输入端与外部电源连接，输入隔离单元的输出端与电源模块的输入端连接。
5.根据权利要求3所述具有多功能的IGBT驱动电路，其特征在于：还包括光耦隔离单元，所述光耦隔离单元具有两个输入端，其中第一输入端输入驱动信号，第二输入端输入测试信号，光耦隔离单元具有两个输出端，其中第一输出端x和第二输出端y均与信号处理模块的输入端连接，第一输出端x和故障检测模块的定时器的第二输入端连接。
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