CN105743337B - Igbt驱动信号互锁电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT驱动信号互锁电路，包括输入反向电路、输出反向电路和互锁电路；驱动信号通过输入反向电路反向、互锁电路进行驱动信号互锁在通过输出反向电路反向；互锁电路包括上、下桥臂开关管、上、下桥臂上拉电阻、上、下桥臂限流电阻和下拉电阻；IGBT的上桥臂驱动信号连接上桥臂开关管的负极端，也通过上桥臂限流电阻连接上桥臂开关管控制端；上桥臂开关管的正极端连接输出反向电路，也通过输出上拉电阻连接电源正极；IGBT的下桥臂驱动信号通过同样的电路连接方式输出；上、下桥臂开关管的控制端同时通过下拉电阻接地。本发明能够在驱动电路级实现信号互锁，并能够有效可靠实现IGBT驱动信号互锁。

Description

IGBT驱动信号互锁电路
技术领域
本发明具体涉及一种IGBT驱动信号互锁电路。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电力电子技术已经得到了长足的和飞速的发展。
IGBT又叫绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT驱动信号互锁是IGBT信号处理中必不可少的环节。一般的IGBT互锁功能是通过在CPU或数字信号处理中通过软件或片内外设实现互锁，或者是在CPU或数字信号处理其输出后通过门电路实现互锁。这两种互锁方法，均是在驱动电路前级实现互锁，而在进行驱动前级电路或软件调试、电路或电源故障或连接线或接插件故障时，仍然无法做到IGBT驱动信号的互锁，仍然不可避免IGBT上下桥臂驱动信号同时有效情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在驱动电路级实现信号互锁、能够有效可靠实现IGBT驱动信号互锁的IGBT驱动信号互锁电路。
本发明提供的这种IGBT驱动信号互锁电路，包括输入反向电路、输出反向电路和互锁电路；IGBT的上、下桥臂两路驱动信号输入到输入反向电路进行驱动信号的反向，然后输入到互锁电路进行驱动信号的互锁，驱动信号互锁完成再通过输出反向电路反向后连接到IGBT模块的驱动端；互锁电路包括上桥臂开关管、下桥臂开关管、上桥臂上拉电阻、下桥臂上拉电阻、上桥臂限流电阻、下桥臂限流电阻和下拉电阻；IGBT的上桥臂驱动信号连接到上桥臂开关管的负极端，也通过上桥臂限流电阻连接到上桥臂开关管的控制端；上桥臂开关管的正极端连接输出反向电路，同时也通过输出上拉电阻与电源正极连接；IGBT的下桥臂驱动信号通过同样的电路连接方式进行输出；上桥臂开关管、下桥臂开关管的控制端短接在一起，并通过下拉电阻接地。
所述的上桥臂开关管为三极管或MOS管。
所述的上桥臂开关管为三极管或MOS管。
所述的输入反向电路包括上桥臂输入限流电阻、上桥臂输入开关管、上桥臂输入上拉电阻、下桥臂输入限流电阻、下桥臂输入开关管和下桥臂输入上拉电阻；IGBT的上桥臂驱动信号通过上桥臂输入限流电阻连接上桥臂输入开关管的控制端，上桥臂输入开关管的正极端通过上桥臂输入上拉电阻与电源正极连接，并输出反向后的IGBT的上桥臂驱动信号，上桥臂输入开关管的负极端与地连接；IGBT的下桥臂驱动信号通过同样的电路连接方式进行输出。
所述的上桥臂输入开关管为达林顿管。
所述的下桥臂输入开关管为达林顿管。
所述的上桥臂输入开关管与上桥臂输入上拉电阻的连接为电气接插件连接。
所述的下桥臂输入开关管与下桥臂输入上拉电阻的连接为电气接插件连接。
所述的输出反向电路包括上桥臂施密特触发器和下桥臂施密特触发器；互锁电路输出的互锁完成的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号分别通过上桥臂施密特触发器和下桥臂施密特触发器进行反向后，连接到IGBT模块的驱动端。
本发明提供的这种IGBT驱动信号互锁电路，通过反向器将原始的IGBT驱动信号进行反向，并采用开关管、电阻等构成的互锁电路对经过反向的原始IGBT驱动信号进行信号互锁处理，并将经过互锁的IGBT驱动信号再次经过反向后驱动IGBT模块，本发明创新性的在驱动电路级采用互锁电路对驱动信号进行互锁，而且采用的是硬件电路进行驱动信号互锁，因此本发明能够有效可靠实现IGBT驱动信号互锁，避免了软件互锁等带来的弊端，可靠性极高。
附图说明
图1为本发明的功能模块图。
图2为本发明的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的功能模块图：本发明提供的这种IGBT驱动信号互锁电路，包括输入反向电路、输出反向电路和互锁电路；IGBT的上、下桥臂两路驱动信号（图中标示PWMA和PWMB）输入到输入反向电路进行驱动信号的反向，然后输入到互锁电路进行驱动信号的互锁，驱动信号互锁完成再通过输出反向电路反向后输出两路驱动PWM信号（图中标示PWM1和PWM2），连接到IGBT模块的驱动端；互锁电路包括上桥臂开关管（图中标示Q1）、下桥臂开关管（图中标示Q2）、上桥臂上拉电阻（图中标示R8）、下桥臂上拉电阻（图中标示R9）、上桥臂限流电阻（图中标示R1）、下桥臂限流电阻（图中标示R2）和下拉电阻（图中标示R3）；IGBT的上桥臂驱动信号连接到上桥臂开关管的负极端，也通过上桥臂限流电阻连接到上桥臂开关管的控制端；上桥臂开关管的正极端连接输出反向电路，同时也通过输出上拉电阻与电源正极连接；IGBT的下桥臂驱动信号通过同样的电路连接方式进行输出；上桥臂开关管、下桥臂开关管的控制端短接在一起，并通过下拉电阻接地。
如图2所示为本发明的一种实施例的电路原理图：其中互锁电路依旧采用和图1中所示相同的电路，在具体应用中开关管可以采用三极管或MOS管；输入反向电路采用包括上桥臂输入限流电阻（图中标示R6）、上桥臂输入开关管（图中标示Q3）、上桥臂输入上拉电阻（图中标示R4）、下桥臂输入限流电阻（图中标示R7）、下桥臂输入开关管（图中标示Q4）和下桥臂输入上拉电阻（图中标示R5）构成的反向电路；IGBT的上桥臂驱动信号通过上桥臂输入限流电阻连接上桥臂输入开关管的控制端，上桥臂输入开关管的正极端通过上桥臂输入上拉电阻与电源正极连接，并输出反向后的IGBT的上桥臂驱动信号，上桥臂输入开关管的负极端与地连接；IGBT的下桥臂驱动信号通过同样的电路连接方式进行输出；其中上桥臂输入开关管和下桥臂输入开关管采用的是达林顿管；上桥臂输入开关管和上桥臂输入上拉电阻、下桥臂输入开关管和下桥臂输入上拉电阻之间采用的是电气接插件（图中标示J1和J2）连接；输出反向电路采用施密特触发器构成了反向器，包括上桥臂施密特触发器和下桥臂施密特触发器；互锁电路输出的互锁完成的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号分别通过上桥臂施密特触发器和下桥臂施密特触发器进行反向后，连接到IGBT模块的驱动端。
本实施例在具体工作时，当输入信号PWMA、PWMB同时有效为高时，经过达林顿管后的信号同时有效且为低，达林顿管Q3、Q4同时导通，三极管Q1、Q2 基级为低电平，Q1、Q2截止，二极管D1、D2同时截止，互锁电路输出由上拉电阻R8、R9上拉为高电平。
互锁电路高电平进入施密特触发器，进行整形后反向，最终输出PWM1、PWM2均为低电平，因此实现了IGBT 信号互锁。
当输入PWMA、PWMB 同时为低时，达林顿管Q3、Q4截止，互锁电流输入由于上拉电阻R4、R5同时为高，此时D1、D2截止，施密特触发器输入端仍为高电平，进行整形后逻辑反向，最终输出PWM1、PWM2均为低电平，与电路输入信号逻辑一致，IGBT 同时关断。
当输入PWMA 为高，PWMB 为低时，达林顿管Q3导通，达林顿管Q4截止，Q1、Q2均导通，D1导通，D2截止。由于Q3、Q1导通，U1_A输入端为低电平。由于Q4截止，Q2导通U1_A输入端为低电平为高电平，因此通过施密特触发器逻辑反向后PWM1为高电平，PWM2为低电平，信号正常通过，同时实现了电平变换和整形。
由于电路对称，因此输入PWMA 为低，PWMB为高时，输出PWM1为低，PWM2为高。
当接插件J1或J2发生故障开路时，发生开路的信号输出被强制为无效。不会出现IGBT上下桥臂同时导通情况。

Claims (9)

1.一种IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于包括输入反向电路、输出反向电路和互锁电路；IGBT的上、下桥臂两路驱动信号输入到输入反向电路进行驱动信号的反向，然后输入到互锁电路进行驱动信号的互锁，驱动信号互锁完成再通过输出反向电路反向后连接到IGBT模块的驱动端；互锁电路包括上桥臂开关管、下桥臂开关管、上桥臂上拉电阻、下桥臂上拉电阻、上桥臂限流电阻、下桥臂限流电阻和下拉电阻；IGBT的上桥臂驱动信号连接到上桥臂开关管的负极端，也通过上桥臂限流电阻连接到上桥臂开关管的控制端；上桥臂开关管的正极端连接输出反向电路，同时也通过上桥臂上拉电阻与电源正极连接；IGBT的下桥臂驱动信号连接到下桥臂开关管的负极端，也通过下桥臂限流电阻连接到下桥臂开关管的控制端；下桥臂开关管的正极端连接输出反向电路，同时也通过下桥臂上拉电阻与电源正极连接；上桥臂开关管、下桥臂开关管的控制端短接在一起，并通过下拉电阻接地。
2.根据权利要求1所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的上桥臂开关管为三极管或MOS管。
3.根据权利要求1所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的下桥臂开关管为三极管或MOS管。
4.根据权利要求1~3之一所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的输入反向电路包括上桥臂输入限流电阻、上桥臂输入开关管、上桥臂输入上拉电阻、下桥臂输入限流电阻、下桥臂输入开关管和下桥臂输入上拉电阻；IGBT的上桥臂驱动信号通过上桥臂输入限流电阻连接上桥臂输入开关管的控制端，上桥臂输入开关管的正极端通过上桥臂输入上拉电阻与电源正极连接，并输出反向后的IGBT的上桥臂驱动信号，上桥臂输入开关管的负极端与地连接；IGBT的下桥臂驱动信号通过下桥臂输入限流电阻连接下桥臂输入开关管的控制端，下桥臂输入开关管的正极端通过下桥臂输入上拉电阻与电源正极连接，并输出反向后的IGBT的下桥臂驱动信号，下桥臂输入开关管的负极端与地连接。
5.根据权利要求4所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的上桥臂输入开关管为达林顿管。
6.根据权利要求4所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的下桥臂输入开关管为达林顿管。
7.根据权利要求4所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的上桥臂输入开关管与上桥臂输入上拉电阻的连接为电气接插件连接。
8.根据权利要求4所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的下桥臂输入开关管与下桥臂输入上拉电阻的连接为电气接插件连接。
9.根据权利要求1~3之一所述的IGBT驱动信号互锁电路，其特征在于所述的输出反向电路包括上桥臂施密特触发器和下桥臂施密特触发器；互锁电路输出的互锁完成的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号分别通过上桥臂施密特触发器和下桥臂施密特触发器进行反向后，连接到IGBT模块的驱动端。
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