CN215222156U - 一种三电平igbt驱动及直通保护电路 - Google Patents

Abstract

一种三电平IGBT驱动及直通保护电路，包括：第一和第二外管逻辑控制模块，第一和第二外管驱动隔离模块，第一和第二外管检测模块；第一和第二内管逻辑控制模块，第一和第二内管驱动隔离模块，第一和第二内管检测模块。所述第一外管逻辑控制模块和所述第二外管逻辑控制模块基于所述第一外管检测模块、所述第二外管检测模块、所述第一内管检测模块、所述第二内管检测模块检测到的故障信号控制所述第一外管和所述第二外管关断。实施本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路，可以彻底切除短路回路，增强IGBT管的耐受能力，同时防止其因为关断而过压损坏。

Description

一种三电平IGBT驱动及直通保护电路

技术领域

本实用新型涉及IGBT驱动电路领域，更具体地说，涉及一种三电平IGBT 驱动及直通保护电路。

背景技术

目前，I型NPC三电平技术由于其开关损耗小、效率高、输出谐波含量低等优点而广泛应用于电力电子产品中。图6是现有技术的I型NPC三电平的三极管电路示意图，其通常包括两个内管和两个外管。然而，I型NPC三电平技术对三极管的关断顺序有严格的要求。故障时，必须先关外管再关内管，否则会造成内管过压损坏。对此，目前市场主流的解决方案是在驱动器原边低压侧加 FPGA等逻辑控制芯片控制关断顺序或在驱动器副边高压侧利用有源嵌位功能，防止管子过压损坏。但是，不管哪种方案都会造成IGBT承受短路时间加长，器件应力过大，易于损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种三电平IGBT驱动及直通保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三电平IGBT 驱动及直通保护电路，包括：

用于生成第一外管驱动逻辑信号的第一外管逻辑控制模块，用于将所述第一外管驱动逻辑信号转换成第一外管驱动信号的第一外管驱动隔离模块，以及用于检测第一外管的故障的第一外管检测模块；

用于生成第二外管驱动逻辑信号的第二外管逻辑控制模块，用于将所述第二外管驱动逻辑信号转换成第二外管驱动信号的第二外管驱动隔离模块，以及用于检测第二外管的故障的第二外管检测模块；

用于生成第一内管驱动逻辑信号的第一内管逻辑控制模块，用于将所述第一内管驱动逻辑信号转换成第一内管驱动信号的第一内管驱动隔离模块，以及用于检测第一内管的故障的第一内管检测模块；

用于生成第二内管驱动逻辑信号的第二内管逻辑控制模块，用于将所述第二内管驱动逻辑信号转换成第二内管驱动信号的第二内管驱动隔离模块，以及用于检测第二内管的故障的第二内管检测模块；

所述第一外管逻辑控制模块和所述第二外管逻辑控制模块基于所述第一外管检测模块、所述第二外管检测模块、所述第一内管检测模块、所述第二内管检测模块检测到的故障信号控制所述第一外管和所述第二外管关断。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述第一外管驱动隔离模块包括连接所述第一外管逻辑控制模块以隔离并转换所述第一外管驱动逻辑信号成所述第一外管驱动信号的第一外管隔离单元，以及用于放大所述第一外管驱动信号的第一外管功率放大单元，所述第一外管功率放大单元的输出端连接所述第一外管；

所述第二外管驱动隔离模块包括连接所述第二外管逻辑控制模块以隔离并转换所述第二外管驱动逻辑信号成所述第二外管驱动信号的第二外管隔离单元，以及用于放大所述第二外管驱动信号的第二外管功率放大单元，所述第二外管功率放大单元的输出端连接所述第二外管；

所述第一内管驱动隔离模块包括连接所述第一内管逻辑控制模块以隔离并转换所述第一内管驱动逻辑信号成所述第一内管驱动信号的第一内管隔离单元，以及用于放大所述第一内管驱动信号的第一内管功率放大单元，所述第一内管功率放大单元的输出端连接所述第一内管；

所述第二内管驱动隔离模块包括连接所述第二内管逻辑控制模块以隔离并转换所述第二内管驱动逻辑信号成所述第二内管驱动信号的第二内管隔离单元，以及用于放大所述第二内管驱动信号的第二内管功率放大单元，所述第二内管功率放大单元的输出端连接所述第二内管。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述第一外管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第一外管隔离单元和所述第一外管功率放大单元之间的第一外管降栅压单元，所述第一外管降栅压单元同时连接所述第一外管检测模块以基于检测到的故障信号降低所述第一外管的栅压；

所述第二外管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第二外管隔离单元和所述第二外管功率放大单元之间的第二外管降栅压单元，所述第二外管降栅压单元同时连接所述第二外管检测模块以基于检测到的故障信号降低所述第二外管的栅压；

所述第一内管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第一内管隔离单元和所述第一内管功率放大单元之间的第一内管降栅压单元，所述第一内管降栅压单元同时连接所述第一内管检测模块以基于检测到的故障信号降低所述第一内管的栅压；

所述第二内管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第二内管隔离单元和所述第二内管功率放大单元之间的第二内管降栅压单元，所述第二内管降栅压单元同时连接所述第二内管检测模块以基于检测到的故障信号降低所述第二内管的栅压；

所述第一外管和所述第二外管同时关断。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述外管隔离单元和所述内管隔离单元分别包括驱动光耦，所述驱动光耦的第一输入端分别连接对应的外管驱动隔离模块或内管驱动隔离模块、第二输入端接地，第一输出端连接对应的外管降栅压单元或内管降栅压单元、第二输出端接第一电源、第三输出端接第二电源。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述外管降栅压单元和所述内管降栅压单元分别包括第一电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管和第二三极管，所述第四电阻的第一端连接对应的所述外管隔离单元或所述内管隔离单元的输出端，第二端连接所述第二二极管的阳极和对应的所述外管功率放大单元或所述内管功率放大单元的输入端，所述第二二极管的阴极经所述第六电阻连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的基极连接对应的所述外管检测模块或所述内管检测模块的直接信号输出端、发射极接所述第一电源，所述第五电阻和所述第一电容串联后连接在所述第二电源和所述第一电源之间。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述外管功率放大单元和所述内管功率放大单元分别包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管和所述第四三极管的基极连接形成所述外管功率放大单元或所述内管功率放大单元的输入端，所述第三三极管的集电极连接所述第一电源、发射极连接所述第四三极管的集电极并形成所述外管功率放大单元或所述内管功率放大单元的输出端，所述第四三极管的发射极连接所述第二电源。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述外管检测模块和所述内管检测模块分别包括第一二极管、第一电阻、第一比较器和检测光耦，所述第一二极管的阴极连接对应的外管或内管的漏极、阳极连接所述第一比较器的第一输入端，所述第一比较器的第二输入端连接故障阈值、输出端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端为直接信号输出端且连接所述检测光耦的第一输入端，所述检测光耦的第二输入端接地、第一输出端连接对应的外管逻辑控制模块或内管逻辑控制模块、第二输出端接地。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述外管逻辑控制模块和所述内管检测模块分别包括第二比较器、第二电阻、第三电阻和第一三极管，所述第二比较器的第一输入端连接对应的外管检测模块或内管检测模块、第二输入端接收关断检测阈值、输出端经所述第二电阻连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的发射极接地、集电极经所述第三电阻接收外部驱动信号。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述第一外管逻辑控制模块、所述第一外管驱动隔离模块、所述第一外管检测模块，所述第二外管逻辑控制模块、所述第二外管驱动隔离模块、所述第二外管检测模块，所述第一内管逻辑控制模块、所述第一内管驱动隔离模块、所述第一内管检测模块，所述第二内管逻辑控制模块、所述第二内管驱动隔离模块、所述第二内管检测模块设置在同一驱动板上。

在本实用新型所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路中，所述第一外管逻辑控制模块、所述第一外管驱动隔离模块、所述第一外管检测模块，所述第一内管逻辑控制模块、所述第一内管驱动隔离模块、所述第一内管检测模块设置在第一驱动板上，所述第二外管逻辑控制模块、所述第二外管驱动隔离模块、所述第二外管检测模块，所述第二内管逻辑控制模块、所述第二内管驱动隔离模块、所述第二内管检测模块设置在第二驱动板上。

实施本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路，可以彻底切除短路回路，增强IGBT管的耐受能力，同时防止其因为关断而过压损坏。进一步地，可以先降低栅压，从而降低短路电流，进一步增强IGBT管的耐受能力，防止其过压损坏。更进一步地，采用模拟电路实现外管关断，速度更快。再进一步地，可以同时关断两个外管，短路关断更加彻底。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路的第一优选实施例的原理框图；

图2是本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路的第二优选实施例的原理框图；

图3是内管故障时的内管和外管的控制波形图；

图4是外管故障时的内管和外管的控制波形图；

图5是本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路的优选实施例的一路驱动电路的电路原理图；

图6是现有技术的I型NPC三电平的三极管电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路的第一优选实施例的原理框图。如图1所示，本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路包括分别驱动四个IGBT管的四个驱动电路，即第一外管驱动电路、第二外管驱动电路、第一内管驱动电路、第二内管驱动电路。

所述第一外管驱动电路包括用于生成第一外管驱动逻辑信号的第一外管逻辑控制模块130，用于将所述第一外管驱动逻辑信号转换成第一外管驱动信号的第一外管驱动隔离模块230，以及用于检测第一外管330的故障的第一外管检测模块430。所述第二外管驱动电路包括用于生成第二外管驱动逻辑信号的第二外管逻辑控制模块140，用于将所述第二外管驱动逻辑信号转换成第二外管驱动信号的第二外管驱动隔离模块240，以及用于检测第二外管340的故障的第二外管检测模块440。所述第一内管驱动电路包括用于生成第一内管驱动逻辑信号的第一内管逻辑控制模块110，用于将所述第一内管驱动逻辑信号转换成第一内管驱动信号的第一内管驱动隔离模块210，以及用于检测第一内管310的故障的第一内管检测模块410。第二内管驱动电路包括用于生成第二内管驱动逻辑信号的第二内管逻辑控制模块120，用于将所述第二内管驱动逻辑信号转换成第二内管320驱动信号的第二内管驱动隔离模块220，以及用于检测第二内管的故障的第二内管检测模块420。

在本优选实施例中，所述第一外管检测模块430、所述第二外管检测模块 440、所述第一内管检测模块410、所述第二内管检测模块420可以采用任何适合的电路故障检测电路或者芯片，从而检测所述第一外管330、第二外管340、第一内管310和第二内管320中的任何一者或者多者的故障，例如通过检测其电压或者电流，从而生成故障信号。所述第一外管逻辑控制模块130和所述第二外管逻辑控制模块140基于检测到的故障信号控制所述第一外管330和所述第二外管340关断，彻底切除短路回路，增强IGBT管的耐受能力，同时防止其因为关断而过压损坏。在进一步的优选实施例中，优选控制所述第一外管 330和所述第二外管340同时关断，从而使得关断更为彻底。

在本优选实施例中，所述第一外管逻辑控制模块130、所述第二外管逻辑控制模块140、所述第一内管逻辑控制模块110和所述第二内管逻辑控制模块 120可以采用任何适合的逻辑控制模块或者电路构造。所述第一外管驱动隔离模块230、所述第二外管驱动隔离模块240、所述第一内管驱动隔离模块210 和所述第二内管驱动隔离模块220也可以采用任何已知的任何适合的隔离光耦和功率放大单元构造。

在本实用新型的一个优选实施中，所述第一外管逻辑控制模块130、所述第一外管驱动隔离模块230、所述第一外管检测模块430，所述第二外管逻辑控制模块140、所述第二外管驱动隔离模块240、所述第二外管检测模块440，所述第一内管逻辑控制模块110、所述第一内管驱动隔离模块210、所述第一内管检测模块410，所述第二内管逻辑控制模块120、所述第二内管驱动隔离模块220、所述第二内管检测模块420设置在同一驱动板上。即采用一个驱动板上设置四个驱动电路，每个驱动电路分别驱动一个三电平桥臂中的一只 IGBT管。当三电平桥臂上任意一个管子发生故障后，对应的故障检测模块将首先检测到故障，并将故障信号送到对应的逻辑控制模块，逻辑控制模块关断外管，彻底切除短路回路。

在本实用新型的另一个优选实施中，所述第一外管逻辑控制模块130、所述第一外管驱动隔离模块230、所述第一外管检测模块430，所述第一内管逻辑控制模块110、所述第一内管驱动隔离模块210、所述第一内管检测模块410 设置在第一驱动板上，所述第二外管逻辑控制模块140、所述第二外管驱动隔离模块240、所述第二外管检测模块440，所述第二内管逻辑控制模块120、所述第二内管驱动隔离模块220、所述第二内管检测模块420设置在第二驱动板上。即采用两个驱动板上设置四个驱动电路，每块驱动板上有两个相同的驱动电路，每个驱动电路分别驱动一个三电平桥臂中的一只IGBT管。上半桥臂用一块驱动板，下半桥臂用一个驱动板。同样地，当三电平桥臂上任意一个管子发生故障后，对应的故障检测模块将首先检测到故障，并将故障信号送到对应的逻辑控制模块，逻辑控制模块关断外管，彻底切除短路回路。

图2是本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路的第二优选实施例的原理框图。在图2所示的优选实施例中，本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路包括分别驱动四个IGBT管的四个驱动电路，即第一外管驱动电路、第二外管驱动电路、第一内管驱动电路、第二内管驱动电路。每个驱动电路分别驱动一个IGBT管。

所述第一外管驱动电路包括用于生成第一外管驱动逻辑信号的第一外管逻辑控制模块130，用于将所述第一外管驱动逻辑信号转换成第一外管驱动信号的第一外管驱动隔离模块230，以及用于检测第一外管330的故障的第一外管检测模块430。所述第二外管驱动电路包括用于生成第二外管驱动逻辑信号的第二外管逻辑控制模块140，用于将所述第二外管驱动逻辑信号转换成第二外管驱动信号的第二外管驱动隔离模块240，以及用于检测第二外管340的故障的第二外管检测模块440。所述第一内管驱动电路包括用于生成第一内管驱动逻辑信号的第一内管逻辑控制模块110，用于将所述第一内管驱动逻辑信号转换成第一内管驱动信号的第一内管驱动隔离模块210，以及用于检测第一内管310的故障的第一内管检测模块410。第二内管驱动电路包括用于生成第二内管驱动逻辑信号的第二内管逻辑控制模块120，用于将所述第二内管驱动逻辑信号转换成第二内管320驱动信号的第二内管驱动隔离模块220，以及用于检测第二内管的故障的第二内管检测模块420。

在本优选实施例中，所述第一外管驱动隔离模块230包括连接所述第一外管逻辑控制模块130以隔离并转换所述第一外管驱动逻辑信号成所述第一外管驱动信号的第一外管隔离单元231，用于放大所述第一外管驱动信号的第一外管功率放大单元232，连接在所述第一外管隔离单元231和所述第一外管功率放大单元232之间的第一外管降栅压单元233。所述第一外管功率放大单元 232的输出端连接所述第一外管330以输出第一外管驱动信号驱动所述第一外管330。所述第一外管降栅压单元233同时连接所述第一外管检测模块430以基于检测到的故障信号降低所述第一外管330的栅压。

所述第二外管驱动隔离模块240包括连接所述第二外管逻辑控制模块140 以隔离并转换所述第二外管驱动逻辑信号成所述第二外管驱动信号的第二外管隔离单元241，用于放大所述第二外管驱动信号的第二外管功率放大单元 242，连接在所述第二外管隔离单元241和所述第二外管功率放大单元242之间的第二外管降栅压单元243，所述第二外管功率放大单元242的输出端连接所述第二外管340以输出所述第二外管驱动信号驱动所述第二外管340。所述第二外管降栅压单元243同时连接所述第二外管检测模块430以基于检测到的故障信号降低所述第二外管的栅压。所述第一内管驱动隔离模块210包括连接所述第一内管逻辑控制模块110以隔离并转换所述第一内管驱动逻辑信号成所述第一内管驱动信号的第一内管隔离单元211，用于放大所述第一内管驱动信号的第一内管功率放大单元212，连接在所述第一内管隔离单元211和所述第一内管功率放大单元212之间的第一内管降栅压单元213。所述第一内管功率放大单元212的输出端连接所述第一内管以输出第一内管驱动信号驱动所述第一内管310。所述第一内管降栅压单元213同时连接所述第一内管检测模块以基于检测到的故障信号降低所述第一内管的栅压。所述第二内管驱动隔离模块220包括连接所述第二内管逻辑控制模块120以隔离并转换所述第二内管驱动逻辑信号成所述第二内管驱动信号的第一内管隔离单元221，用于放大所述第二内管驱动信号的第二内管功率放大单元222，以及连接在所述第一内管隔离单元221和所述第二内管功率放大单元222之间的第二内管降栅压单元 223。所述第二内管功率放大单元222的输出端连接所述第二内管320输出所述第二内管驱动信号驱动所述第二内管320。所述第二内管驱动隔离模块220 进一步包括，所述第二内管降栅压单元223同时连接所述第二内管检测模块以基于检测到的故障信号降低所述第二内管的栅压。

图3是内管故障时的内管和外管的控制波形图。图4是外管故障时的内管和外管的控制波形图。下面结合图3-4对图2所示的实施例的原理说明如下。当三电平桥臂上任意一个管子发生故障后，其对应的检测模块将检测到故障，接着其对应的降栅压单元将对应的IGBT管的栅极电压降低(例如降低到8V 左右)，这样短路电流将被限制在一个较小的值，为保护赢得时间，在降栅压的同时，检测模块还将故障信号送到对应的逻辑控制模块，逻辑控制模块关断两个外管，彻底切除短路回路。

如图3所示，当第一内管310或第二内管320发生直通故障时，对应的第一内管检测模块410或第二内管检测模块420将检测到故障，同时其对应的第一内管降栅压单元213或第二内管降栅压单元223将工作，控制第一内管310 或第二内管320的栅极电压降低，(例如降低到8V左右)，这样短路电流将被限制在一个较小的值，为保护赢得时间，同时第一内管检测模块410或第二内管检测模块420也将故障信号传送到所述第一外管逻辑控制模块130和所述第二外管逻辑控制模块140，其控制第一外管330和第二外管340关断。

如图4所示，类似地，当第一外管330或第二外管340发生直通故障时，对应的第一外管检测模块430或第二外管检测模块440将检测到故障，同时其对应的第一外管降栅压单元233或第二外管降栅压单元243将工作，控制第一外管330或第二外管340的栅极电压降低，(例如降低到8V左右)，这样短路电流将被限制在一个较小的值，为保护赢得时间，同时第一外管检测模块430 或第二外管检测模块440也将故障信号传送到所述第一外管逻辑控制模块130 和所述第二外管逻辑控制模块140，其控制第一外管330和第二外管340关断。

在本实施例中，通过第一时间降低栅压，既降低短路电流，增强了IGBT 耐受能力，又不会因IGBT关断而过压损坏。

同样地，在本实用新型的一个优选实施中，可以采用一个驱动板上设置四个驱动电路，每个驱动电路分别驱动一个三电平桥臂中的一只IGBT管。当三电平桥臂上任意一个管子发生故障后，检测模块首先检测到故障，接着降栅压单元将IGBT管的栅极电压降低到8V左右，这样短路电流将被限制在一个较小的值，为保护赢得时间，在降栅压的同时检测模块将故障信号送到逻辑控制模块最后关断外管，彻底切除短路回路。

在本实用新型的另一个优选实施中，也可以采用两个驱动板上设置四个驱动电路，每块驱动板上有两个相同的驱动电路，每个驱动电路分别驱动一个三电平桥臂中的一只IGBT管。上半桥臂用一块驱动板，下半桥臂用一个驱动板。同样地，当三电平桥臂上任意一个管子发生故障后，检测模块首先检测到故障，接着降栅压单元将IGBT管的栅极电压降低到8V左右，这样短路电流将被限制在一个较小的值，为保护赢得时间，在降栅压的同时检测模块将故障信号送到逻辑控制模块最后关断外管，彻底切除短路回路。

图5是本实用新型的三电平IGBT驱动及直通保护电路的优选实施例的一路驱动电路的电路原理图。图5示出了图1-4中任意优选实施例的各个模块的优选电路图。本领域技术人员知悉，除了该优选电路以外，本领域技术人员还可以根据本实用新型的教导，采用其他适合的电路，这些都落入本实用新型的保护范围。

如图5所示，所述外管检测模块(即所述第一外管检测模块430和/或所述第二外管检测模块440)和所述内管检测模块(即所述第一内管检测模块410 和/或所述第二内管检测模块420)分别包括二极管D1、电阻R1、比较器1和检测光耦OU1，所述二极管D1的阴极连接对应的管子(即第一外管330、第二外管340、第一内管310或第二内管320)的漏极、阳极连接所述比较器1 的第一输入端，所述比较器1的第二输入端连接故障阈值A、输出端连接所述电阻R1的第一端，所述电阻R2的第二端形成故障信号的直接输出端，其进一步连接所述检测光耦OU1的第一输入端。所述检测光耦OU1的第二输入端接地、第一输出端连接对应的外管逻辑控制模块(即第一外管逻辑控制模块 130或第二外管逻辑控制模块140)或内管逻辑控制模块(即第一内管逻辑控制模块110或第二内管逻辑控制模块120)、第二输出端接地。在IGBT管正常工作时，二极管D1不会导通，因此没有故障信号生成。而当IGBT管短路时，其漏极输出低电平，二极管D1导通，因此产生大于故障阈值A的电流，因此比较器1经电阻R1输出高电平的故障信号。然后检测光耦OU1的导通，其第一输出端输出高电平(即故障信号)到对应的逻辑控制模块。

所述外管逻辑控制模块和所述内管检测模块分别包括比较器2、电阻R2、电阻R3和三极管Q1，所述比较器2的第一输入端接收故障信号、第二输入端接收关断检测阈值B、输出端经所述电阻R2连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地、集电极经所述电阻R3接收外部驱动信号。在IGBT管正常工作时，没有故障信号接收，因此三极管Q1不会导通，外部驱动信号正常通过电阻R3输入，正常控制各个IGBT管。当检测到故障信号时，比较器2输出高电平，开关管Q1导通，输出关断信号，此时需要注意的是，只有第一外管330和第二外管320会在接收到关断信号后关断，而第一内管 310和第二内管320不会关断。

类似地，所述外管隔离单元(即第一外管隔离单元231或第二外管隔离单元241)和所述内管隔离单元(即第一内管隔离单元211或第二内管隔离单元221)分别包括驱动光耦OU2，所述外管降栅压单元(即第一外管降栅压单元 233或第二外管降栅压单元243)和所述内管降栅压单元(即第一内管降栅压单元213或第二内管降栅压单元223)分别包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2和三极管Q2，所述外管功率放大单元(即第一外管功率放大单元232或所述第二外管功率放大单元242)和所述内管功率放大单元(即第一内管功率放大单元212或第二内管功率放大单元222)分别包括三极管Q3和三极管Q4。

所述驱动光耦OU2的第一输入端分别连接对应的外管驱动隔离模块或内管驱动隔离模块以接收外部驱动信号或关断信号、第二输入端接地，第一输出端连接所述电阻R4的第一端、第二输出端接电源VEE、第三输出端接电源 VCC。所述电阻R4的第二端连接所述二极管D2的阳极和所述三极管Q3和所述三极管Q4的基极。所述二极管D2的阴极经所述电阻R6连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极连接所述电阻R1的第二端，即故障检测模块的故障信号的直接输出端，从而直接接收故障信号。所述三极管Q2 的发射极接所述电源VEE，所述电阻R5和所述电容C1串联后连接在所述电源VCC和所述电源VEE之间。所述三极管Q3的集电极连接所述电源VEE、发射极连接所述三极管Q4的集电极从而输出驱动控制信号或者关断信号，所述三极管Q4的发射极连接所述电源VCC。

同样地，当IGBT管短路时，其漏极输出低电平，二极管D1导通，因此产生大于故障阈值A的电流，因此比较器1经电阻R1输出高电平的故障信号。这个时候，该故障信号可以直接从三极管Q2接收，从而将三极管Q2导通，这样IGBT管的栅极电压将由电阻R5和R6形成的串联电路在电阻R6的分压确定。通过调节电阻R5和R6以及电源VCC，既可以控制降栅压单元输出IGBT 栅极电压。该IGBT栅极电压通过三极管Q3和Q4进行功率放大后输入到IGBT 的栅极，从而将其降低到一个较小值，例如降低到8V左右，这样短路电流将被限制在一个较小的值。并且由于三极管Q2直接连接电阻R1以接收故障信号，因此可以在第一时间降低栅压，为保护赢得时间。并且在本实施例中，采用模拟电路实现外管关断，速度更快。再进一步地，可以同时关断两个外管，短路关断更加彻底。

虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

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

Claims (10)

1.一种三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，包括：

用于生成第一外管驱动逻辑信号的第一外管逻辑控制模块，用于将所述第一外管驱动逻辑信号转换成第一外管驱动信号的第一外管驱动隔离模块，以及用于检测第一外管的故障的第一外管检测模块；

用于生成第二外管驱动逻辑信号的第二外管逻辑控制模块，用于将所述第二外管驱动逻辑信号转换成第二外管驱动信号的第二外管驱动隔离模块，以及用于检测第二外管的故障的第二外管检测模块；

用于生成第一内管驱动逻辑信号的第一内管逻辑控制模块，用于将所述第一内管驱动逻辑信号转换成第一内管驱动信号的第一内管驱动隔离模块，以及用于检测第一内管的故障的第一内管检测模块；

用于生成第二内管驱动逻辑信号的第二内管逻辑控制模块，用于将所述第二内管驱动逻辑信号转换成第二内管驱动信号的第二内管驱动隔离模块，以及用于检测第二内管的故障的第二内管检测模块；

所述第一外管逻辑控制模块和所述第二外管逻辑控制模块基于所述第一外管检测模块、所述第二外管检测模块、所述第一内管检测模块、所述第二内管检测模块检测到的故障信号控制所述第一外管和所述第二外管关断。

2.根据权利要求1所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述第一外管驱动隔离模块包括连接所述第一外管逻辑控制模块以隔离并转换所述第一外管驱动逻辑信号成所述第一外管驱动信号的第一外管隔离单元，以及用于放大所述第一外管驱动信号的第一外管功率放大单元，所述第一外管功率放大单元的输出端连接所述第一外管；

所述第二外管驱动隔离模块包括连接所述第二外管逻辑控制模块以隔离并转换所述第二外管驱动逻辑信号成所述第二外管驱动信号的第二外管隔离单元，以及用于放大所述第二外管驱动信号的第二外管功率放大单元，所述第二外管功率放大单元的输出端连接所述第二外管；

所述第一内管驱动隔离模块包括连接所述第一内管逻辑控制模块以隔离并转换所述第一内管驱动逻辑信号成所述第一内管驱动信号的第一内管隔离单元，以及用于放大所述第一内管驱动信号的第一内管功率放大单元，所述第一内管功率放大单元的输出端连接所述第一内管；

所述第二内管驱动隔离模块包括连接所述第二内管逻辑控制模块以隔离并转换所述第二内管驱动逻辑信号成所述第二内管驱动信号的第二内管隔离单元，以及用于放大所述第二内管驱动信号的第二内管功率放大单元，所述第二内管功率放大单元的输出端连接所述第二内管。

3.根据权利要求2所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述第一外管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第一外管隔离单元和所述第一外管功率放大单元之间的第一外管降栅压单元，所述第一外管降栅压单元同时连接所述第一外管检测模块以基于检测到的所述故障信号降低所述第一外管的栅压；

所述第二外管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第二外管隔离单元和所述第二外管功率放大单元之间的第二外管降栅压单元，所述第二外管降栅压单元同时连接所述第二外管检测模块以基于检测到的所述故障信号降低所述第二外管的栅压；

所述第一内管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第一内管隔离单元和所述第一内管功率放大单元之间的第一内管降栅压单元，所述第一内管降栅压单元同时连接所述第一内管检测模块以基于检测到的所述故障信号降低所述第一内管的栅压；

所述第二内管驱动隔离模块进一步包括连接在所述第二内管隔离单元和所述第二内管功率放大单元之间的第二内管降栅压单元，所述第二内管降栅压单元同时连接所述第二内管检测模块以基于检测到的所述故障信号降低所述第二内管的栅压；

所述第一外管和所述第二外管同时关断。

4.根据权利要求3所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述外管隔离单元和所述内管隔离单元分别包括驱动光耦，所述驱动光耦的第一输入端分别连接对应的外管驱动隔离模块或内管驱动隔离模块、第二输入端接地，第一输出端连接对应的外管降栅压单元或内管降栅压单元、第二输出端接第一电源、第三输出端接第二电源。

5.根据权利要求4所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述外管降栅压单元和所述内管降栅压单元分别包括第一电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管和第二三极管，所述第四电阻的第一端连接对应的所述外管隔离单元或所述内管隔离单元的输出端，第二端连接所述第二二极管的阳极和对应的所述外管功率放大单元或所述内管功率放大单元的输入端，所述第二二极管的阴极经所述第六电阻连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的基极连接对应的所述外管检测模块或所述内管检测模块的直接信号输出端、发射极接所述第一电源，所述第五电阻和所述第一电容串联后连接在所述第二电源和所述第一电源之间。

6.根据权利要求5所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述外管功率放大单元和所述内管功率放大单元分别包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管和所述第四三极管的基极连接形成所述外管功率放大单元或所述内管功率放大单元的输入端，所述第三三极管的集电极连接所述第一电源、发射极连接所述第四三极管的集电极并形成所述外管功率放大单元或所述内管功率放大单元的输出端，所述第四三极管的发射极连接所述第二电源。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述外管检测模块和所述内管检测模块分别包括第一二极管、第一电阻、第一比较器和检测光耦，所述第一二极管的阴极连接对应的外管或内管的漏极、阳极连接所述第一比较器的第一输入端，所述第一比较器的第二输入端连接故障阈值、输出端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端为直接信号输出端且连接所述检测光耦的第一输入端，所述检测光耦的第二输入端接地、第一输出端连接对应的外管逻辑控制模块或内管逻辑控制模块、第二输出端接地。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述外管逻辑控制模块和所述内管检测模块分别包括第二比较器、第二电阻、第三电阻和第一三极管，所述第二比较器的第一输入端连接对应的外管检测模块或内管检测模块、第二输入端接收关断检测阈值、输出端经所述第二电阻连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的发射极接地、集电极经所述第三电阻接收外部驱动信号。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述第一外管逻辑控制模块、所述第一外管驱动隔离模块、所述第一外管检测模块，所述第二外管逻辑控制模块、所述第二外管驱动隔离模块、所述第二外管检测模块，所述第一内管逻辑控制模块、所述第一内管驱动隔离模块、所述第一内管检测模块，所述第二内管逻辑控制模块、所述第二内管驱动隔离模块、所述第二内管检测模块设置在同一驱动板上。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的三电平IGBT驱动及直通保护电路，其特征在于，所述第一外管逻辑控制模块、所述第一外管驱动隔离模块、所述第一外管检测模块，所述第一内管逻辑控制模块、所述第一内管驱动隔离模块、所述第一内管检测模块设置在第一驱动板上，所述第二外管逻辑控制模块、所述第二外管驱动隔离模块、所述第二外管检测模块，所述第二内管逻辑控制模块、所述第二内管驱动隔离模块、所述第二内管检测模块设置在第二驱动板上。

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