CN110994959A - 一种变压器隔离igbt驱动控制系统及方法、电路 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路

技术领域

本发明属于驱动电路技术领域，尤其涉及一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种变压器隔离IGBT驱动控制系统及方法、电路。

本发明是这样实现的，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。

本发明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，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。

进一步，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Q2发射极接到+15v并与电阻R3并联，Q2集电极串联R11接地；电容C3并联于电阻R11；二极管D6阴极与电阻R11并联，阳极与二极管D9阳极，二极管D10阳极，电阻R6，与非门U3C输入端9相连；

二极管D9阴极分别连接电容C4和二极管D11阳极，电容C4另一端接地，二极管D11阴极接+15v；

二极管D10阴极分别连接电容C7和与非门U3B输出端6，电容C7分别连接电阻R21、二极管D12阳极和与非门U3A输入端1，电阻R21和二极管D12阴极均接+15v；与非门U3A输出端3和与非门U3B输入端4，5连接，输入端2与二极管D13阳极、电阻R24和电容C12连接，二极管D13阴极和电阻R24并联连接并接+15v，电容C12分别与输入电路和变压器隔离电路连接；

电阻R6一端接+15v，另一端和与非门U3C输入端9连接，与非门U3C输出端8与具有施密特功能的反向器U1B输入端3连接，具有施密特功能的反向器U1B输出端连接电阻R1和二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接与非门U3C输入端10和变压器隔离电路；

电容C12串联电阻R26；电阻R26分别连接同相器U2A输入端1和电容C14，同相器U2A输出端2连接三极管Q8基极，三极管Q8集电极接+15v，发射极连接电容C13一端；电容C13另一端连接变压器T1；电容C14连接三极管Q10基极，三极管Q10集电极接地连接变压器T1，发射极连接电容C13；

二极管D4阴极连接三极管Q6集电极和电阻R17并接地，三极管Q6发射极接+15v连接电阻R18，电阻R18和三极管Q6基极共同连接电阻R22，电阻R22连接电容C11进而连接变压器T1；

变压器T1并联电阻R29，变压器T1一端连接三极管Q7集电极和电阻R27，三极管Q7发射极连接电阻R16并接+15v，基极连接电容C9，电容C9连接短路检测电路node17和二极管D14阴极，二极管D14阳极分别连接电阻R27，二极管D16阴极，二级管D18阴极，电阻R27和二极管D18阴极连接具有施密特功能的反向器U4A输入端1，具有施密特功能的反向器U4A输出端2分别连接并联的具有施密特功能的反向器U4B输入端3、具有施密特功能的反向器U4C输入端5、具有施密特功能的反向器U4D输入端9、具有施密特功能的反向器U4E输入端11，二极管D16阳极连接电阻R25一端，电阻R25另一端分别连接并联的反向器U4B输出端4、反向器U4C输出端6、反向器U4D输出端8、反向器U4E输出端10并连接输出电路；

电阻R1连接电阻R9和三极管Q3基极，电阻R9和三极管Q3发射极接地，三极管Q3集电极连接电阻R2接+15v，二级管D3阴极分别连接电阻R10接地和三极管Q4基极，三极管Q4集电极连接FAULT，发射极接地；

二级管D3阳极连接二极管D1阳极，二极管D1阴极连接三极管Q1集电极，三极管Q1基极连接电阻R8接+15v，三极管Q1发射极连接三极管Q5发射极并接地，三极管Q5基极连接电阻R15；电阻R15分别连接电容C6接地和电阻R13，电阻R13另一端连接稳压管D7阳极，稳压管D7阴极接+15v；

变压器隔离电路中的电阻R25连接具有施密特功能的反向器U4F输入端13，U4F输出端12连接二极管D15阳极，二极管D15阴极连接电阻R19、电容C10，电阻R19另一端接+10v，电容C10另一端接IGBT地，电阻R23接IGBT地，另一端接电阻R20，其中电容C10和电阻R23并联接IGBT地；电阻R20另一端分别连接电容C8并连接电阻R14接+15v，同时电阻R20该端连接电容C5和比较器U6A同向端，比较器U6A输出端连接电阻R14接+15v；电容C5另一端分别连接比较器U6A反向端和电阻R7，电阻R7另一端分别连接二极管D8阴极，二级管D8阳极接IGBT地，电容C2一端接IGBT地，另一端连接二极管D2阳极，二级管D2阴极接+10v，连接电阻R4和电阻R5，电阻R4另一端接+10v和电容C1，电容C1另一端连接IGBT地，电阻R5另一端连接二极管D5阳极并输出；

并联的具有施密特功能的反向器U4B、具有施密特功能的反向器U4C、具有施密特功能的反向器U4D、具有施密特功能的反向器U4E并联连接反向器U5A输入端1和反向器U5B输入端3，反向器U5A输出端2和反向器U5B输出端4并联共同连接MOSFET管Q9栅极、电容C15和稳压管D19阴极，MOSFET管Q9一端接+15v，另一端连接并联电阻R28和R30并输出；电容C15和稳压管D19并联分别连接电阻R35和MOSFET管Q11栅极，电阻R35另一端接-7.5v，MOSFET管Q11一端接-7.5v，另一端连接并联电阻R32和R34，并联电阻R32和R34分别连接电阻R36接地输出，稳压管D20阳极连接稳压管D21阳极，稳压管D20阴极和稳压管D21阴极分别连接到电阻R36两端。

本发明的另一目的在于提供一种基于所述变压器隔离IGBT驱动控制系统的变压器隔离IGBT驱动电路。

本发明的另一目的在于提供一种包含权利要求6所述变压器隔离IGBT驱动电路的集成电路。

本发明的另一目的在于提供一种包含所述变压器隔离IGBT驱动电路的电子电力器件。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用保护该电路的拓扑架构，变压器隔离拓扑架构、短路检测拓扑架构、欠压保护电路拓扑架构。本发明采用单变压器脉冲驱动，IGBT驱动和故障报错采用同一个变压器，减小电路板体积，并且隔离电压高，抗干扰能力强，抗dv/dt能力强，可达10000v/us，价格便宜，采用CMOS电路，电路抗干扰等级升高。

本发明的电路采用变压器隔离，具有隔离电压高，抗干扰能力强，抗dv/dt能力强，价格便宜的优点。解决了以下技术难点：1、blank time可调。由于不同IGBT开通过程中，Uce两端电压瞬降不一样，可承受的短路能力也不一样，故要求保护动作的时间也不一样，因此blank time必须可调，否则不能通用。2、保护阈值电压可调。由于该驱动电路是采用检测IGBT的Uce管压降的方式检测短路保护，不同电压等级不同代的IGBT在短路时，管压降不同，故要求保护阈值电压必须可调，否则不能通用。3、门极电压信号可靠性高、稳定性高，4、门极电压信号的动态响应时间短，5、弥勒电容电流消除，6、门极有源钳位，7、软关断。

驱动电路保护特性参数如表2。

表2该驱动电路保护特性参数

附图说明

图1是本发明实施例提供的变压器隔离IGBT驱动控制系统的结构示意图；

图中：1、保护电路；2、欠压保护检测电路；3、短路检测电路；4、变压器隔离电路。

图2是本发明实施例提供的变压器隔离IGBT驱动电路的连接示意图。

图3是本发明实施例提供的关断延迟示意图。

图4是本发明实施例提供的开通延迟示意图。

图5是本发明实施例提供的电容C10为102电容时，驱动电路的blank time＝3.5us示意图。

图6是本发明实施例提供的电容C10为152电容时，驱动电路的blank time＝5.6us示意图。

图7是本发明实施例提供的电容C10为222电容时，驱动电路的blank time＝7us示意图。

图8是本发明实施例提供的电容C10为472电容时，驱动电路的blank time＝16us示意图。

图9是本发明实施例提供的电容C10为103电容时，驱动电路的blank time＝32us示意图。

图10是本发明实施例提供的当发生故障时，IGBT驱动电路迅速关断(故障发生在IGBT开通约45us时)示意图。

图11是本发明实施例提供的当发生故障时，IGBT驱动电路迅速关断(故障发生在IGBT开通约12us时)示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种变压器隔离IGBT驱动控制系统、电路，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的变压器隔离IGBT驱动控制系统包括：保护电路1、欠压保护检测电路2、短路检测电路3、变压器隔离电路4。

保护电路1，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。

欠压保护检测电路2，用于当电压下降到某一数值时，保护电路。

短路检测电路3，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。

变压器隔离电路4，用于把控制端低压电路与功率端高压电路隔离开来。

如图2所示，本发明实施例提供的变压器隔离IGBT驱动电路包括：

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Q2发射极接到+15v并与电阻R3并联，Q2集电极串联R11接地；电容C3并联于电阻R11；二极管D6阴极与电阻R11并联，阳极与二极管D9阳极，二极管D10阳极，电阻R6，与非门U3C输入端9相连；

二极管D9阴极分别连接电容C4和二极管D11阳极，电容C4另一端接地，二极管D11阴极接+15v；

二极管D10阴极分别连接电容C7和与非门U3B输出端6，电容C7分别连接电阻R21、二极管D12阳极和与非门U3A输入端1，电阻R21和二极管D12阴极均接+15v；与非门U3A输出端3和与非门U3B输入端4，5连接，输入端2与二极管D13阳极、电阻R24和电容C12连接，二极管D13阴极和电阻R24并联连接并接+15v，电容C12分别与输入电路和变压器隔离电路连接；

电阻R6一端接+15v，另一端和与非门U3C输入端9连接，与非门U3C输出端8与具有施密特功能的反向器U1B输入端3连接，具有施密特功能的反向器U1B输出端连接电阻R1和二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接与非门U3C输入端10和变压器隔离电路；

电容C12串联电阻R26；电阻R26分别连接同相器U2A输入端1和电容C14，同相器U2A输出端2连接三极管Q8基极，三极管Q8集电极接+15v，发射极连接电容C13一端；电容C13另一端连接变压器T1；电容C14连接三极管Q10基极，三极管Q10集电极接地连接变压器T1，发射极连接电容C13；

二极管D4阴极连接三极管Q6集电极和电阻R17并接地，三极管Q6发射极接+15v连接电阻R18，电阻R18和三极管Q6基极共同连接电阻R22，电阻R22连接电容C11进而连接变压器T1；

变压器T1并联电阻R29，变压器T1一端连接三极管Q7集电极和电阻R27，三极管Q7发射极连接电阻R16并接+15v，基极连接电容C9，电容C9连接短路检测电路node17和二极管D14阴极，二极管D14阳极分别连接电阻R27，二极管D16阴极，二级管D18阴极，电阻R27和二极管D18阴极连接具有施密特功能的反向器U4A输入端1，具有施密特功能的反向器U4A输出端2分别连接并联的具有施密特功能的反向器U4B输入端3、具有施密特功能的反向器U4C输入端5、具有施密特功能的反向器U4D输入端9、具有施密特功能的反向器U4E输入端11，二极管D16阳极连接电阻R25一端，电阻R25另一端分别连接并联的反向器U4B输出端4、反向器U4C输出端6、反向器U4D输出端8、反向器U4E输出端10并连接输出电路；

电阻R1连接电阻R9和三极管Q3基极，电阻R9和三极管Q3发射极接地，三极管Q3集电极连接电阻R2接+15v，二级管D3阴极分别连接电阻R10接地和三极管Q4基极，三极管Q4集电极连接FAULT，发射极接地；

二级管D3阳极连接二极管D1阳极，二极管D1阴极连接三极管Q1集电极，三极管Q1基极连接电阻R8接+15v，三极管Q1发射极连接三极管Q5发射极并接地，三极管Q5基极连接电阻R15；电阻R15分别连接电容C6接地和电阻R13，电阻R13另一端连接稳压管D7阳极，稳压管D7阴极接+15v；

变压器隔离电路中的电阻R25连接具有施密特功能的反向器U4F输入端13，U4F输出端12连接二极管D15阳极，二极管D15阴极连接电阻R19、电容C10，电阻R19另一端接+10v，电容C10另一端接IGBT地，电阻R23接IGBT地，另一端接电阻R20，其中电容C10和电阻R23并联接IGBT地；电阻R20另一端分别连接电容C8并连接电阻R14接+15v，同时电阻R20该端连接电容C5和比较器U6A同向端，比较器U6A输出端连接电阻R14接+15v；电容C5另一端分别连接比较器U6A反向端和电阻R7，电阻R7另一端分别连接二极管D8阴极，二级管D8阳极接IGBT地，电容C2一端接IGBT地，另一端连接二极管D2阳极，二级管D2阴极接+10v，连接电阻R4和电阻R5，电阻R4另一端接+10v和电容C1，电容C1另一端连接IGBT地，电阻R5另一端连接二极管D5阳极并输出；

并联的具有施密特功能的反向器U4B、具有施密特功能的反向器U4C、具有施密特功能的反向器U4D、具有施密特功能的反向器U4E并联连接反向器U5A输入端1和反向器U5B输入端3，反向器U5A输出端2和反向器U5B输出端4并联共同连接MOSFET管Q9栅极、电容C15和稳压管D19阴极，MOSFET管Q9一端接+15v，另一端连接并联电阻R28和R30并输出；电容C15和稳压管D19并联分别连接电阻R35和MOSFET管Q11栅极，电阻R35另一端接-7.5v，MOSFET管Q11一端接-7.5v，另一端连接并联电阻R32和R34，并联电阻R32和R34分别连接电阻R36接地输出，稳压管D20阳极连接稳压管D21阳极，稳压管D20阴极和稳压管D21阴极分别连接到电阻R36两端。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明实施例提供的变压器隔离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，从而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。

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。

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。

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。

下面结合测试对本发明的技术效果作详细的描述。

如图3所示，关断延迟，延迟时间短，约200ns；如图4所示，开通延迟，延迟时间短，约200ns；从图3和图4两个波形可以看出，当系统PWM脉冲信号受到较大干扰时，IGBT驱动信号不受影响，说明该方案抗干扰能力强。

如图5所示，电容C10为102电容时，驱动电路的blank time＝3.5us；如图6所示，电容C10为152电容时，驱动电路的blank time＝5.6us；如图7所示，电容C10为222电容时，驱动电路的blank time＝7us；如图8所示，电容C10为472电容时，驱动电路的blank time＝16us；如图9所示，电容C10为103电容时，驱动电路的blank time＝32us。

从图5-图9的测试数据可以看出，通过调节电容C10的容量，可以方便的调节IGBT驱动电路的blank time时间。

如图10所示，当发生故障时，IGBT驱动电路迅速关断(故障发生在IGBT开通约45us时)；如图11所示，当发生故障时，IGBT驱动电路迅速关断(故障发生在IGBT开通约12us时)。

从图10-图11可以看出，发生故障时，IGBT驱动信号迅速关断，并保持关断，与驱动信号无关，并立即报出故障，报故障延迟时间约1us，从而表明该驱动电路具有故障封锁功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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Q2发射极接到+15v并与电阻R3并联，Q2集电极串联R11接地；电容C3并联于电阻R11；二极管D6阴极与电阻R11并联，阳极与二极管D9阳极，二极管D10阳极，电阻R6，与非门U3C输入端9相连；

二极管D9阴极分别连接电容C4和二极管D11阳极，电容C4另一端接地，二极管D11阴极接+15v；

二极管D10阴极分别连接电容C7和与非门U3B输出端6，电容C7分别连接电阻R21、二极管D12阳极和与非门U3A输入端1，电阻R21和二极管D12阴极均接+15v；与非门U3A输出端3和与非门U3B输入端4，5连接，输入端2与二极管D13阳极、电阻R24和电容C12连接，二极管D13阴极和电阻R24并联连接并接+15v，电容C12分别与输入电路和变压器隔离电路连接；

电阻R6一端接+15v，另一端和与非门U3C输入端9连接，与非门U3C输出端8与具有施密特功能的反向器U1B输入端3连接，具有施密特功能的反向器U1B输出端连接电阻R1和二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接与非门U3C输入端10和变压器隔离电路；

电容C12串联电阻R26；电阻R26分别连接同相器U2A输入端1和电容C14，同相器U2A输出端2连接三极管Q8基极，三极管Q8集电极接+15v，发射极连接电容C13一端；电容C13另一端连接变压器T1；电容C14连接三极管Q10基极，三极管Q10集电极接地连接变压器T1，发射极连接电容C13；

二极管D4阴极连接三极管Q6集电极和电阻R17并接地，三极管Q6发射极接+15v连接电阻R18，电阻R18和三极管Q6基极共同连接电阻R22，电阻R22连接电容C11进而连接变压器T1；

变压器T1并联电阻R29，变压器T1一端连接三极管Q7集电极和电阻R27，三极管Q7发射极连接电阻R16并接+15v，基极连接电容C9，电容C9连接短路检测电路node17和二极管D14阴极，二极管D14阳极分别连接电阻R27，二极管D16阴极，二级管D18阴极，电阻R27和二极管D18阴极连接具有施密特功能的反向器U4A输入端1，具有施密特功能的反向器U4A输出端2分别连接并联的具有施密特功能的反向器U4B输入端3、具有施密特功能的反向器U4C输入端5、具有施密特功能的反向器U4D输入端9、具有施密特功能的反向器U4E输入端11，二极管D16阳极连接电阻R25一端，电阻R25另一端分别连接并联的反向器U4B输出端4、反向器U4C输出端6、反向器U4D输出端8、反向器U4E输出端10并连接输出电路；

电阻R1连接电阻R9和三极管Q3基极，电阻R9和三极管Q3发射极接地，三极管Q3集电极连接电阻R2接+15v，二级管D3阴极分别连接电阻R10接地和三极管Q4基极，三极管Q4集电极连接FAULT，发射极接地；

二级管D3阳极连接二极管D1阳极，二极管D1阴极连接三极管Q1集电极，三极管Q1基极连接电阻R8接+15v，三极管Q1发射极连接三极管Q5发射极并接地，三极管Q5基极连接电阻R15；电阻R15分别连接电容C6接地和电阻R13，电阻R13另一端连接稳压管D7阳极，稳压管D7阴极接+15v；

变压器隔离电路中的电阻R25连接具有施密特功能的反向器U4F输入端13，U4F输出端12连接二极管D15阳极，二极管D15阴极连接电阻R19、电容C10，电阻R19另一端接+10v，电容C10另一端接IGBT地，电阻R23接IGBT地，另一端接电阻R20，其中电容C10和电阻R23并联接IGBT地；电阻R20另一端分别连接电容C8并连接电阻R14接+15v，同时电阻R20该端连接电容C5和比较器U6A同向端，比较器U6A输出端连接电阻R14接+15v；电容C5另一端分别连接比较器U6A反向端和电阻R7，电阻R7另一端分别连接二极管D8阴极，二级管D8阳极接IGBT地，电容C2一端接IGBT地，另一端连接二极管D2阳极，二级管D2阴极接+10v，连接电阻R4和电阻R5，电阻R4另一端接+10v和电容C1，电容C1另一端连接IGBT地，电阻R5另一端连接二极管D5阳极并输出；

并联的具有施密特功能的反向器U4B、具有施密特功能的反向器U4C、具有施密特功能的反向器U4D、具有施密特功能的反向器U4E并联连接反向器U5A输入端1和反向器U5B输入端3，反向器U5A输出端2和反向器U5B输出端4并联共同连接MOSFET管Q9栅极、电容C15和稳压管D19阴极，MOSFET管Q9一端接+15v，另一端连接并联电阻R28和R30并输出；电容C15和稳压管D19并联分别连接电阻R35和MOSFET管Q11栅极，电阻R35另一端接-7.5v，MOSFET管Q11一端接-7.5v，另一端连接并联电阻R32和R34，并联电阻R32和R34分别连接电阻R36接地输出，稳压管D20阳极连接稳压管D21阳极，稳压管D20阴极和稳压管D21阴极分别连接到电阻R36两端。

7.一种包含权利要求6所述变压器隔离IGBT驱动电路的集成电路。

8.一种包含权利要求7所述集成电路的单片机。

9.一种包含权利要求6所述变压器隔离IGBT驱动电路的电子电力器件。

10.一种包含权利要求6所述变压器隔离IGBT驱动电路的微处理器。

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