CN111835326B - 一种基于igbt驱动的模块安全控制保护及指示电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于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。

Description

一种基于IGBT驱动的模块安全控制保护及指示电路

技术领域

本发明属于IGBT驱动保护技术领域，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。

背景技术

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：

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。

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。

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。

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。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于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。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：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。

本发明的有益效果为：

（1）本发明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为本发明提供的基于IGBT驱动控制的模块安全保护及指示电路结构示意图。

图2为本发明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为本发明提供的第一/第二IGBT过流自保持及指示模块电路原理图。

图4为本发明提供的第一IGBT驱动模块电路原理图。

图5为本发明提供的第二IGBT驱动模块电路原理图。

图6为本发明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为本发明提供的路径1和路径2示意图。

图8为本发明提供的路径3和路径4示意图。

图9为本发明提供的路径5-7示意图。

图10为本发明提供的路径8-10、路径14-15示意图。

图11为本发明提供的路径11-13路径示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域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发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

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；

驱动信号测试模块的输出端与驱动信号输入接口模块的输入端连接，驱动信号输入接口模块的输出端分别与第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端（pluse1）、第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端（pluse2）、第一IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端（ERR）和第二IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端（ERR）连接；

故障信号变换模块的第一输入端（FAUT1）与第一IGBT驱动模块的输出端（FAUT1）连接，其第一输出端（ERR1）与第一IGBT过流自保持及指示模块的输入端（ERR1）连接，故障信号变换模块的第二输入端（FAUT2）与第二IGBT驱动模块的输出端（FAUT2）连接，其第二输出端（ERR2）与第二IGBT过流自保持模块的输入端（ERR2）连接；

驱动电源模块的第一输出端（VEE1）与第一IGBT驱动模块的电源端（VEE1）连接，其第二输出端（VEE2）与第二IGBT驱动模块的电源端（VEE2）连接；

第一IGBT驱动模块的信号输入端（LOCK1）与第一IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端（LOCK1）连接，第二IGBT驱动模块的信号输入端（LOCK2）与第二IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端（LOCK2）连接；

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的外部接口模块连接。

本实施例中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。

如图2所示，本实施例中的驱动信号输入接口模块包括10孔接插件J1；

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，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，10孔接插件的第四孔与第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端（pluse1）连接，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，10孔接插件的第六孔与第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端（pluse2）连接，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（ERR）、第二IGBT过流自保持及指示模块的总故障信号输出端连接（ERR）连接，10孔接插件的第九孔和第十孔均与12V电源连接。

本实施例中的驱动信号输入接口模块用来连接主控制器送过来的输入信号和驱动板送回的主控制器的故障信号。

如图6所示，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；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，第一与非门U2A的电源端分别与接地电容C2和12V电源连接，第一与非门U2A的接地端接地，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；

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，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；

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（FAUT1）；二极管D3的负极作为故障信号变换模块的第一输出端（ERR1）；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（FAUT2）；二极管D4的负极作为故障信号变换模块的第二输出端（ERR2）。

其中，第一与非门电路U2A和第二与非门电路U2B采用型号为CD4011BM96的与非门元件，该型号的与非门元件为宽范围供电，速度响应快，数字逻辑变换快；本实施例中的故障信号变换模块用来进行阻抗匹配主控制器与驱动器输入阻抗，增加在工作环境中的抗干扰能力。

如图6所示，驱动电源模块包括电源芯片U1和电源芯片U3；

电源芯片U1的VIN端分别与二极管D1的负极、二极管D2的负极和源芯片U3的VIN端连接，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，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；

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，电源芯片U1的-VO端与电容E2的负极连接，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，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；

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，电源芯片U3的-VO端与电容E4的负极连接，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，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；

电源芯片U1的-VO端作为驱动电源模块的第一输出端（VEE1）；电源芯片U3的-VO端作为驱动电源模块的第二输出端（VEE2）。

本实施例中的电源芯片U1,U3作用产生IGBT的开通电压DC:+15V,与IGBT关断电压DV:-9V，其中，电源芯片U1,U3的型号为QAW02，为大功率IGBT驱动器专用模块，工作温度-40-85度，大功率输出，隔离电压高达12000VDC，可持续短路保护，自恢复。

如图4所示，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；

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，第三与非门电路U2C的第二输入端作为第一IGBT驱动模块（LOCK1），电阻R7和电阻R8的另一端与光耦阳极输入端（14引脚）连接，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，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（13引脚）连接，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，第四与非门电路U6A的接地端接地；

驱动芯片U5的故障输出端（8引脚）与光耦OP1中二极管的负极连接，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（4引脚）连接，光耦OP1中三极管的发射极接地，并与电容E5的负极连接，电容E5的正极分别与12V电源和电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与光耦OP1中三极管的集电极连接，电容C6的另一端与驱动芯片U5的保护电容引入端（2引脚）连接，驱动芯片U5的VCE检测端（1引脚）分别与二极管D14的正极和二极管DZ1的负极连接，二极管DZ1的正极分别与驱动芯片U5的公共电源端（6引脚）及电容C7的一端连接，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，驱动芯片U5的脉冲输出端（5引脚）分别与电阻R9的一端、电阻R11的一端和电阻R14的一端连接，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，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，二极管D8的负极与外部接口模块连接；

第三与非门电路U2C的第一输入端作为第一IGBT驱动模块的信号输入端（LOCK1），第四与非门电路U6A的第一输入端作为第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端（pluse1），光耦OP1中三极管的集电极作为第一IGBT驱动模块的输出端（FAUT1），驱动芯片U5的公共电源端（6引脚）作为第一IGBT驱动模块的电源端（VEE1）。

其中，两个与非门电路的型号为CD4011BM96与非门元件，该型号的与非门元件工作电压为宽范围供电，响应速度快。驱动芯片U5的型号为VLA546-01R，用于检测过流故障，该型号的驱动芯片具有：绝缘耐压4000V,输出峰值电流5A,具有短路保护电路，具有短路动作时，软切断速度调整功能，优于老产品M57962AL.

如图3所示，第一IGBT过流自保持及指示模块包括第一施密特触发器U4A、第二施密特触发器U4B和第三施密特触发器U4C；

第一施密特触发器U4A的输入端分别与接地电容C11和接地电阻R20连接，第一施密特触发器U4A的接地端接地，第一施密特触发器U4A的电源端分别与12V电源和接地电容C9连接，第一施密特触发器U4A的输入端还通过电阻R21与第二施密特触发器U4B的输出端连接，第一施密特触发器U4A的输出端通过电阻R18分别与二极管D20的负极和第二非门电阻U4B的输入端连接，第二施密特触发器的输出端分别与电阻R22的一端和二极管D21的正极连接，电阻R22的另一端分别与接地电阻R23和三极管Q1的基极连，三极管Q1的集电极通过电阻R19分别与LED1的负极和接地电容C12连接，三极管Q1的发射极接地，LED1的正极与12V电源连接，二极管D20的正极分别与电阻R16的一端和二极管D22的正极连接，二极管D20的负极与外部接口模块连接，电阻R16的另一端与第三施密特触发器U4C的输出端连接，第三施密特触发器U4C的输入端分别与电容E6的正极、电阻R10的一端和二极管D19的正极连接，电容E6的负极接地，电阻R10的另一端和电阻D19的负极与12V电源连接；

第一施密特触发器U4A的输入端作为第一IGBT过流自保持及指示模块的输入端（ERR1），第二施密特触发器U4B的输出端作为第一IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端（LOCK1），二极管D21的负极作为第一IGBT过流及自保持指示模块的总故障信号输出端连接（ERR）。

其中，第一IGBT过流自保持及指示模块中的三个非门电路均为型号为CD40106BM96的施密特触发器元件供电电源属于宽电压输入，施密特触发电路是一种波形整形电路,当任何波形的信号进入电路时,输出在正、负饱和之间跳动,产生方波或脉波输出。不同于比较器,施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区,可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。

如图5所示，第二IGBT驱动模块包括第五与非门电路U2D和第六与非门电路U6B；

第五与非门电路U2D的第一输入端通过电阻R28分别与12V电源、电阻R26的一端和电阻R27的一端连接，电阻R26的另一端和电阻R29另一端与驱动芯片U8的光耦阳极输入端（14引脚）连接，第五与非门电路U2D的输出端通过电阻R39与第六与非门电路U6B的第一输入端连接，第六与非门电路U6B的第二输入端与接地电阻R35连接，第六与非门电路U6B的输出端分别与接地电容C17、电阻R33的一端和驱动芯片U8的光耦阴极输入端（13引脚）连接，电阻R33的另一端与12V电源连接，驱动芯片U8的故障输出端（8引脚）与光耦OP2中二极管的负极连接，光耦OP2中二极管的正极通过电阻R25分别与电容C13的一端、驱动芯片U8的正供电电源端（4引脚）和15V电源连接，电容C13的另一端与驱动芯片U8的保护电容引入端（2引脚）连接，光耦OP2中三极管的发射极接地，光耦OP2中三极管的集电极通过电阻R24与12V电源连接，驱动芯片U8的脉冲输出端（5引脚）分别与电阻R30的一端、电阻R31的一端和电阻R34的一端连接，电阻R30的另一端、电阻R31的另一端和电阻R34的另一端均与外部接口模块连接，驱动芯片U8的公共电源端（6引脚）分别与电容C15的一端和二极管DZ2的正极连接，电容C15的另一端分别与驱动电源模块中芯片U3的0V端和5与外部接口模块连接，二极管DZ2的负极分别与和二极管D32的正极和驱动芯片U8的VEC检测端（1引脚）连接，二极管D32、二极管D33、二极管D34、二极管D35、二极管D36、二极管D31、二极管D30、二极管D29、二极管D28、二极管D27、二极管D23、二极管D24、二极管D25和二极管D26按照正极-负极依次连接，二极管D26的负极与外部接口模块连接；

第五与非门电路U2D的第二输入端作为第二IGBT驱动模块的信号输入端（LOCK2），第六与非门电路的第二输入端作为第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端（pluse2），光耦OP2中三极管的集电极作为第二IGBT驱动模块的输出端（FAUT2）连接，驱动芯片U8的公共电源端（6引脚）作为第二IGBT驱动模块的电源端（VEE2）。

其中，第二IGBT驱动模块中的两个与非门电路为型号为CD4011BM96的与非门元件，该型号的与非门元件工作电压为为宽范围供电，速度响应快，数字逻辑变换。驱动芯片U8的型号为VLA546-01R，用于进行过流故障检测，该型号的驱动芯片具有：绝缘耐压4000V,输出峰值电流5A,具有短路保护电路，具有短路动作时，软切断速度调整功能，优于老产品M57962AL。本实施例中的第二IGBT驱动模块故障电平转换由低平故障信号转换为高电平故障信号，适应主控制器的高电平故障信号的适应要求。

如图3所示，第二IGBT过流自保持及指示模块包括第四施密特触发器4D、第五施密特触发器U4E和第六施密特触发器U4F；

所述第四施密特触发器U4D的输入端分别与接地电容C16的、接地电阻R36和电阻R37的一端连接，所述电阻R37的另一端分别与电阻R38的一端、第五施密特触发器U4E的输出端和电阻D37的正极连接，所述第四施密特触发器U4D的输出端通过电阻R32分别与第六施密特触发器UE4的输入端和二极管D22的负极连接，所述电阻R38的另一端分别与接地电阻R40和三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极通过电阻R27分别与接地电容C14和LED2的负极连接，所述LED2的正极分别与第六施密特触发器U4F的输入端及12V电源连接，所述第六施密特触发器U4F的输出端悬空（为保证芯片稳定，所以输入端给以确定的固定电平）；

第四施密特触发器U4D的输入端作为第二IGBT过流自保持及指示模块的输入端（ERR2），第五施密特触发器U4E的输出端作为第二IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端（LOCK2），二极管D37的负极作为第二IGBT过流及自保持及指示模块的总故障信号输出端连接（ERR）。

其中，第二IGBT过流自保持及指示模块中的施密特触发器均为型号为CD40106BM96，该型号的非门元件供电电源属于宽电压输入，施密特触发电路是一种波形整形电路,当任何波形的信号进入电路时,输出在正、负饱和之间跳动,产生方波或脉波输出。不同于比较器,施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区,可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。本实施例中的第二IGBT过流自保持及指示模块进行过流自保持，可以观察任意一路IGBT过流的情况，若不保持，便一闪而过，当出现问题不能确定问题所在。

图2中的外部接口模块包括三孔接插件J3、三孔接插件J4和两孔接插件J5；

三孔接插件J3的第一孔分别与驱动电源模块中的芯片U1的0V端及第一IGBT驱动模块中的电容C7的另一端连接，三孔接插件J3的第二孔分别与第一IGBT驱动模块中的电阻R9的另一端、电阻R11的另一端和电阻R14的另一端连接，三孔接插件J3的第三孔与第一IGBT驱动模块中的二极管D8的负极连接；

三孔接插件J4的第一孔分别与驱动电源模块中的芯片U3的0V端及第二IGBT驱动模块中的电容C15的另一端连接，三孔接插件J4的第二孔分别与第二IGBT驱动模块中的电阻R30的另一端、电阻R31的另一端和电阻R34的另一端连接，三孔接插件J4的第三孔与第一IGBT驱动模块中的二极管D26的负极连接；

两孔接插件J5的第一孔与第一IGBT过流自保持及指示模块中二极管D20的负极连接，两孔接插件的第二孔与12V电源连接。

本实施例的外部接口模块中J3:IGBT1驱动输出接口，用于连接IGTB的集电极，发射极，门极；J4:IGBT1驱动输出接口，用于连接IGTB的集电极，发射极，门极J5:过流自锁情况下，复位输入端。

需要说明的是，本实施例中在每个元件端口以“（***）”出现的内容，是为了对应于本发明说明图中各元件端口或引脚，便于更快理解本发明方案中电路的连接关系，并不是要对本发明中的电路引脚或网络标号进行限定保护。

实施例2：

本实施例中提供了模块安全保护及指示电路工作时，各信号的路径走向：

路径1：如图7 所示，驱动电源模块中的电源芯片U1产生DC+15V1工作电源，当DC24V电源送至接线端子J2的1脚和2脚时，L通过D1、D2至芯片U1（电源模块DC24V变DC+15V1，与E1（DC-9V））；

路径2：如图7所示，电源驱动模块中的电源芯片U3产生DC+15V2工作电源，当DC24V电源送至接线端子J2、1脚、2脚时通过二极管D1(二极管)、D2(二极管)至U2(电源模块DC24V变DC+15V2,经电容E1滤波与E2(DC-9V)经电容E2滤波)。

路径3：如图8所示，驱动脉冲输入信号接口，J2(驱动脉冲输入信号接口),提供GND(电源公共端)，pluse1(IGBT上桥臂输入信号)，pluse2(IGBT下桥臂输入信号)，ERR(总故障输出信号)，+12V(内部芯片工作电源)。GND（电源公共端）连接P1(测试环)，pluse1(IGBT上桥臂输入信号)接P2(测试环),pluse2(IGBT下桥臂输入信号)接P3(测试环)，方便测试使用。

路径4：如图8所示，故障信号保护模块，电压电压+12V,经R2(电阻)与OP1(光藕P521 )，集电极输出脚FAUT1（网络标号）经U2A(与非门CD4011BM96)相与后经R1(电阻)，D3(二极管)，到ERR1(网络标号)。电压电压+12V经R4(电阻)与OP2(光藕P521 )集电极输出脚FAUT2（网络标号）经U2B(与非门CD4011BM96)相与后经R3(电阻)，D4(二极管)，到ERR2(网络标号)。

路径5：如图9所示，第一IGBT驱动产生原始故障信号，当U5(VLA456-01R 驱动芯片)检测到过流故障进，引脚8电位变低，+15V1(驱动正电源)经R6（电阻），OP1(光藕)内部发光，从而引起FAUT1(网络标号光藕集电极)，电位变为低电平。

路径6：如图9所示，IGBT1驱动保护值配置，U5(VLA456-01R 驱动芯片)引脚1与D14-D18，D9-D13，D5-D8(二极管)与C01（IGBT1集电极）相连，通过二极管管压降来配置VCE(IGBT开通时，集电极与发射极电压)(IGBT开通时，集电极与发射极电压)。

路径7：如图9所示，IGBT1驱动脉冲的发送与连锁，+12V(电压电压)经电阻R15到U2C（与非门CD4011BM96）引脚8，U4B(CD40106BM96)4脚经U2C （与非门CD4011BM96）9脚相与U2C（与非门CD4011BM96）10脚经R17(电阻)与U6(与非门CD40107BM96)2脚相连,GND经电阻R12与U6(与非门CD40107BM96)1脚相连U6A(与非门CD40107BM96)3脚与U5（(VLA456-01R 驱动芯片)）13脚相连。

路径8：如图10所示，通电防误保护与故障复位回路，+12V(电压电压)经R10(电阻)，D19(二极管)相并与E6(电解电容)正极相连，E6(电解电容)正极经U4C(CD40106BM96)，R16(电阻)，D22(二极管)到U4E(CD40106BM96)1脚。

路径9：如图10所示，IGBT1过流保护自锁定，D3(二极管)，阴极R20（电阻）与C11(电容)组成阻容滤波，经U4A(CD40106BM96)1脚，U4A(CD40106BM96)2脚输出,经R18（电阻）到U4B(CD40106BM96)3脚,U4B(CD40106BM96)4脚输出,再经R21(电阻)接到D3(二极管)阴极，形成故障信号自锁定。

路径11：如图11所示，第二IGBT驱动模块产生原始故障信号，当U8(VLA546-01R 驱动芯片)检测到过流故障进，引脚8，电位变低。+15V2(驱动正电源)经R25（电阻），OP2(光藕)内部发光，从而引起FAUT2(网络标号光藕集电极)，电位变为低电平。

路径12：如图11所示，第二IGBT驱动模块驱动保护值配置，U8(VLA456-01R 驱动芯片)引脚1与D32-D36,D27-D31,D23-D26(二极管)与C02（IGBT2集电极）相连，通过二极管管压降来配置VCE(IGBT开通时，集电极与发射极电压)。

路径13：如图11所示，第二IGBT驱动模块驱动脉冲的发送与连锁，+12V(电压电压)经电阻R28到U2D（与非门CD4011BM96）引脚12，U4E(CD40106BM96)10脚经U2D （与非门CD4011BM96）13脚相与,U2D（与非门CD4011BM96）11脚经R39(电阻)与U6B(与非门CD40107BM96)6脚相连,GND经电阻R35与U6(与非门CD40107BM96)7脚相连,U6B(与非门CD40107BM96)5脚与U8（(VLA456-01R 驱动芯片)）13脚相连。

路径14：如图10所示，第二IGBT驱动模块过流保护自锁定，D4(二极管)阴极,R36（电阻）与C16(电容)组成阻容滤波，经U4D(CD40106BM96)9脚，U4D(CD40106BM96)8脚输出,经R32（电阻）到U4E(CD40106BM96)1脚,U4E(CD40106BM96)10脚输出,再经R37(电阻)接到D4(二极管)阴极，形成故障信号自锁定。

路径15：如图10所示，第二IGBT驱动模块机芯过流保护指示，+12V(电压电压)经LED2(LED灯)，R27(电阻),Q2(三极管8050)，R40(电阻)到GND。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

Claims (7)

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；

所述第一IGBT过流自保持及指示模块包括第一施密特触发器U4A、第二施密特触发器U4B和第三施密特触发器U4C；

所述第一施密特触发器U4A的输入端分别与接地电容C11和接地电阻R20连接，所述第一施密特触发器U4A的接地端接地，所述第一施密特触发器U4A的电源端分别与12V电源和接地电容C9连接，所述第一施密特触发器U4A的输入端还通过电阻R21与第二施密特触发器U4B的输出端连接，所述第一施密特触发器U4A的输出端通过电阻R18分别与二极管D20的负极和第二非门电阻U4B的输入端连接，所述第二施密特触发器的输出端分别与电阻R22的一端和二极管D21的正极连接，所述电阻R22的另一端分别与接地电阻R23和三极管Q1的基极连，所述三极管Q1的集电极通过电阻R19分别与LED1的负极和接地电容C12连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述LED1的正极与12V电源连接，所述二极管D20的正极分别与电阻R16的一端和二极管D22的正极连接，所述二极管D20的负极与外部接口模块连接，所述电阻R16的另一端与第三施密特触发器U4C的输出端连接，所述第三施密特触发器U4C的输入端分别与电容E6的正极、电阻R10的一端和二极管D19的正极连接，所述电容E6的负极接地，所述电阻R10的另一端和电阻D19的负极与12V电源连接；

所述第一施密特触发器U4A的输入端作为第一IGBT过流自保持及指示模块的输入端，所述第二施密特触发器U4B的输出端作为第一IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端，所述二极管D21的负极作为第一IGBT过流及自保持指示模块的总故障信号输出端连接；

其中，第一~第三施密特触发器的型号均为CD40106BM96；

所述第二IGBT过流自保持及指示模块包括第四施密特触发器U4D、第五施密特触发器U4E和第六施密特触发器U4F；

所述第四施密特触发器U4D的输入端分别与接地电容C16的、接地电阻R36和电阻R37的一端连接，所述电阻R37的另一端分别与电阻R38的一端、第五施密特触发器U4E的输出端和电阻D37的正极连接，所述第四施密特触发器U4D的输出端通过电阻R32分别与第五施密特触发器U4E的输入端和二极管D22的负极连接，所述电阻R38的另一端分别与接地电阻R40和三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极通过电阻R27分别与接地电容C14和LED2的负极连接，所述LED2的正极分别与第六施密特触发器U4F的输入端及12V电源连接，所述第六施密特触发器U4F的输出端悬空；

所述第四施密特触发器U4D的输入端作为第二IGBT过流自保持及指示模块的输入端，所述第五施密特触发器U4E的输出端作为第二IGBT过流自保持及指示模块的信号输出端，所述二极管D37的负极作为第二IGBT过流及自保持及指示模块的总故障信号输出端连接；

其中，第四~第六施密特触发器的型号为CD40106BM96；

所述第二IGBT过流自保持及指示模块进行过流自保持，通过观察任意一路IGBT过流的情况，若不进行过流自保持，便一闪而过。

2.根据权利要求1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，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；

所述第三与非门电路U2C的第一输入端作为第一IGBT驱动模块的信号输入端，所述第四与非门电路U6A的第一输入端作为第一IGBT驱动模块的IGBT上桥臂信号输入端，所述光耦OP1中三极管的集电极作为第一IGBT驱动模块的输出端，所述驱动芯片U5的公共电源端作为第一IGBT驱动模块的电源端。

6.根据权利要求1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，所述第二IGBT驱动模块包括第五与非门电路U2D和第六与非门电路U6B；

所述第五与非门电路U2D的第一输入端通过电阻R28分别与12V电源、电阻R26的一端和电阻R27的一端连接，所述电阻R26的另一端和电阻R29另一端与驱动芯片U8的光耦阳极输入端连接，所述第五与非门电路U2D的输出端通过电阻R39与第六与非门电路U6B的第一输入端连接，所述第六与非门电路U6B的第二输入端与接地电阻R35连接，所述第六与非门电路U6B的输出端分别与接地电容C17、电阻R33的一端和驱动芯片U8的光耦阴极输入端13引脚连接，所述电阻R33的另一端与12V电源连接，所述驱动芯片U8的故障输出端与光耦OP2中二极管的负极连接，所述光耦OP2中二极管的正极通过电阻R25分别与电容C13的一端、驱动芯片U8的正供电电源端和15V电源连接，所述电容C13的另一端与驱动芯片U8的保护电容引入端连接，所述光耦OP2中三极管的发射极接地，所述光耦OP2中三极管的集电极通过电阻R24与12V电源连接，所述驱动芯片U8的脉冲输出端分别与电阻R30的一端、电阻R31的一端和电阻R34的一端连接，电阻R30的另一端、电阻R31的另一端和电阻R34的另一端均与外部接口模块连接，所述驱动芯片U8的公共电源端分别与电容C15的一端和二极管DZ2的正极连接，所述电容C15的另一端分别与驱动电源模块中芯片U3的0V端和5与外部接口模块连接，所述二极管DZ2的负极分别与和二极管D32的正极和驱动芯片U8的VEC检测端连接，所述二极管D32、二极管D33、二极管D34、二极管D35、二极管D36、二极管D31、二极管D30、二极管D29、二极管D28、二极管D27、二极管D23、二极管D24、二极管D25和二极管D26按照正极-负极依次连接，所述二极管D26的负极与外部接口模块连接；

所述第五与非门电路U2D的第二输入端作为第二IGBT驱动模块的信号输入端，所述第六与非门电路的第二输入端作为第二IGBT驱动模块的IGBT下桥臂信号输入端，所述光耦OP2中三极管的集电极作为第二IGBT驱动模块的输出端连接，所述驱动芯片U8的公共电源端作为第二IGBT驱动模块的电源端。

7.根据权利要求1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，所述外部接口模块包括三孔接插件J3、三孔接插件J4和两孔接插件J5；

所述三孔接插件J3的第一孔分别与驱动电源模块中的芯片U1的0V端及第一IGBT驱动模块中的电容C7的另一端连接，所述三孔接插件J3的第二孔分别与第一IGBT驱动模块中的电阻R9的另一端、电阻R11的另一端和电阻R14的另一端连接，所述三孔接插件J3的第三孔与第一IGBT驱动模块中的二极管D8的负极连接；

所述三孔接插件J4的第一孔分别与驱动电源模块中的芯片U3的0V端及第二IGBT驱动模块中的电容C15的另一端连接，所述三孔接插件J4的第二孔分别与第二IGBT驱动模块中的电阻R30的另一端、电阻R31的另一端和电阻R34的另一端连接，所述三孔接插件J4的第三孔与第一IGBT驱动模块中的二极管D26的负极连接；

所述两孔接插件J5的第一孔与第一IGBT过流自保持及指示模块中二极管D20的负极连接，所述两孔接插件的第二孔与12V电源连接。