具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本实施例中，一种IGBT模块驱动及保护电路，包括隔离驱动电路和辅助电源电路；所述隔离驱动电路包括微处理器、隔离驱动芯片U1（U1型号：ACPL-344JT，厂家AVAGO）、驱动电流放大电路、IGBT和IGBT的集电极和发射极的检测电路；所述隔离驱动芯片U1分别与微处理器、驱动电流放大电路、IGBT和IGBT的集电极和发射极的检测电路电连接；所述IGBT（即图1中的Q2）还与驱动电流放大电路电连接；所述隔离驱动电路通过隔离驱动芯片U1驱动波形进行隔离传输，再经过驱动电流放大电路对驱动功率放大，对IGBT的栅极进行驱动，通过利用IGBT导通时集电极和发射极之间的饱和压降随IGBT的导通电流增大而上升的特点来控制驱动信号的通断，以实现对IGBT的过流保护。所述辅助电源电路包括电源管理集成芯片U3、欠压保护电路、MOS管Q4、MOS管Q5、变压器T1、电压整流电路和输出滤波电路；所述变压器T1有三个绕组，分别为原边绕组N1、原边绕组N2和副边绕组P1；所述电源管理集成芯片U3分别与欠压保护电路、MOS管Q4和MOS管Q5连接，MOS管Q4与原边绕组N1连接，MOS管Q5与原边绕组N2连接，副边绕组P1分别与电压整流电路和输出滤波电路连接；所述辅助电源电路用于对隔离驱动芯片U1供电，电源的原、副边通过变压器T1隔离。

本实施例中，因电源为磁隔离，隔离驱动芯片U1为光耦隔离，从而使IGBT驱动与前级弱信号系统实现电气隔离。

本实施例中，隔离驱动芯片U1的1脚、2脚（空脚）、4脚（空脚）为低压端公共地VEE，直接接地。隔离驱动芯片U1的3脚为U1的原边供电端，接外部电源的正极，即辅助电源的输入电压侧，一般为小电瓶正极。隔离驱动芯片U1的5脚为欠压信号脚，隔离驱动芯片U1的6脚为失效信号脚，隔离驱动芯片U1的5脚通过上拉电阻R5接到微处理器的IO口，隔离驱动芯片U1的6脚通过上拉电阻R6接到微处理器的IO口，电阻R5和电阻R6的连接点接至偏置电源的正极。隔离驱动芯片U1的7脚为U1内部二极管的阳极，隔离驱动芯片U1的7脚始终接偏置电压正极，隔离驱动芯片U1的8脚为U1内部二极管阴极。

隔离驱动芯片U1的9脚为驱动芯片隔离输出端的负电压供电端，隔离驱动芯片U1的9脚连接电源线路中的VEE2（-8V），用于对IGBT提供反向偏置电压，提高IGBT门极的抗干扰能力。隔离驱动芯片U1的10脚为隔离驱动器软关断脚，隔离驱动芯片U1的10脚直接连接至IGBT（Q2）的栅极，隔离驱动芯片U1的11脚为驱动芯片的输出端，即隔离驱动芯片U1的8脚信号经隔离后从此脚输出。隔离驱动芯片U1的12脚（VCC2脚）为隔离驱动器驱动端供电端，与电源线路中的VCC2相连。隔离驱动芯片U1的13脚为驱动芯片的电流检测脚，用于检测IGBT导通时集电极和发射极（C-E极）之间的电压Vce，当Vce电压大于门限电压7V时，隔离驱动芯片U1的6脚（Fault）被置为低电平，驱动波形信号关闭。隔离驱动芯片U1的15脚为隔离驱动芯片U1的自身检测脚，使用时悬空，隔离驱动芯片U1的16脚为负电压输入脚，与隔离驱动芯片U1的9脚短接。

如图1所示，本实施例中，IGBT的集电极和发射极检测电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1，所述电阻R2的一端经电阻R3与隔离驱动芯片U1连接，电阻R2的另一端与隔离驱动芯片U1连接；二极管D3的1脚经电容C1与电阻R2和电阻R3的连接点连接，二极管D3的2脚与隔离驱动芯片U1连接，二极管D3的3脚依次经电阻R1、二极管D1、二极管D2后接HV。在IGBT导通，集电极和发射极之间的电压随着IGBT流过的电压增大而增大，当集电极和发射极之间的电压大于7V时，隔离驱动芯片U1过流功能被触发，隔离驱动芯片U1的6脚电压被置为零，驱动信号关闭。

如图1所示，本实施例中，驱动电流放大电路包括电阻R10、电阻R12、电阻R8、电阻R4、电阻R7、电阻R9、电阻R11、电阻R14、电阻R15、三极管Q1和三极管Q3，其中电阻R4、电阻R7、电阻R9和电阻R11并联。三极管Q1和三极管Q3组成甲乙类推挽互补电路，三极管Q1为NPN型三极管，三极管Q3为PNP型三极管。两个三极管的基极直接连接，三极管Q1的发射极和三极管Q3的发射极相连。三极管Q1的集电极接电源VCC2，三极管Q3的集电极通过电阻R14和电阻R15接至负电源VEE2。

如图1所示，本实施例中，所述隔离驱动电路还包括反相器U2（型号为SN74LVC1G08），反相器U2的输入端与微处理器连接，反相器U2的输出端与隔离驱动芯片U1连接，当微处理输出PWM波时，即输出高电平时，通过反相器U2后，隔离驱动芯片U1的8脚为低电平，由于发光二极管的阳极为高，阴极为低电平，隔离驱动芯片U1的7脚和8脚内部之间的二极管导通，隔离驱动芯片U1的11脚输出为高电平，此时，三极管Q1导通，三极管Q3关断，从而使IGBT的栅极为高电平，使IGBT快速导通。当微处理输出为低电平时，通过反相器U2后，隔离驱动芯片U1的8脚为高电平，由于发光二极管的阳极和阴极均为高电平，所以发光二极管处于截止状态，隔离驱动芯片U1的11脚输出为低电平，此时，三极管Q1关闭，三极管Q3导通，从而使IGBT的栅极为低电平，负电压VEE2提供电流，使IGBT快速关断。此过程即实现了PWM波的传输。

如图2所示，本实施例中，电源管理集成电路U3（型号为LM25037/-Q1）用于对电源进行变化，产生符合要求的+15V和-8V两路输出电压。其中电阻R17、电阻R23、电阻R28、稳压管D4和电容C23组成欠压保护电路，当输入电压低于设定值时，LM25037/-Q1停止工作。所述电阻R28、稳压管Z2（BZX84-5V1）和电容C23并联，且电阻R28、稳压管Z2和电容C23的一连接点接地，电阻R28、稳压管Z2和电容C23的另一连接点依次经电阻R23、电阻R17后接VCC1。

如图2所示，本实施例中，电阻R30和电容C26组成环路补偿电路，其中，电阻R30和电容C26并联，且电阻R30和电容C26的一连接点接地，电阻R30和电容C26的另一连接点与电源管理集成芯片U3连接。电源采用开环设计，所以FB脚与地相连，电阻R31连接在5脚和地之间，电阻R31用于设置死区时间。电阻R32连接在7脚和地之间，电阻R32用于设置工作频率。所述辅助电源电路还包括电阻R19、电阻R20、电阻R24、电阻R29、电阻R26和电阻R33，电阻R19和电阻R20为限流电阻，电阻R19的一端与电源管理集成芯片U3连接，电阻R19的另一端与变压器T1连接，电阻R20的一端与电源管理集成芯片U3连接，电阻R20的另一端与变压器T1连接。电阻R24和电阻R29为驱动电阻，电阻R24的一端与MOS管Q4连接，电阻R24的另一端与电源管理集成芯片U3连接，电阻R29的一端与MOS管Q5连接，电阻R29的另一端与电源管理集成芯片U3连接。电阻R26和电阻R33为放电电阻；电阻R26的两端分别与MOS管Q4的源极和栅极连接，电阻R33的两端分别与MOS管Q5的源极和栅极连接。

如图2所示，本实施例中，变压器T1有三个绕组，分别为原边绕组N1、原边绕组N2和副边绕组P1。所述辅助电源电路还包括电容C7和电容C8，电容C7和电容C8为隔直电容，电容C7和电容C8相并联，电容C7和电容C8的一连接点与二极管D5的负极连接，电容C7和电容C8的另一连接点与二极管D6的负极连接。所述输出滤波电路包括电容C9-电容C19，其中，电容C9-电容C14相并联，电容C9-电容C14的一连接点接VEE2，电容C9-电容C14的另一连接点接VE，为-8V的输出滤波电容；电容C15-电容C19相并联，电容C15-电容C19的一连接点接VE，电容C15-电容C19的另一连接点接VCC2,为+15V输出滤波电容。在本电路中，原边的电压为恒定值，当MOS管Q4导通，MOS管Q5截止时（LM25037/-Q1有两路驱动，且相位相差180°），原边绕组N1和副边绕组P1组成变压器，二极管D5导通，二极管D6和D7截止，副边绕组P1上的电压对电容C9-C14充电，稳态时电容电压为副边绕组P1的峰值电压（-8V）。当MOS管Q4截止，MOS管Q5导通时，原边绕组N2和副边绕组P1组成变压器，此时，二极管D5截止，副边绕组P1上的方波电压经过电容C7和电容C8后，再经二极管D7整流，对电容C15-C19充电，稳态时电容电压为电容绕组P1的峰值电压（+15V）。变压器的绕组匝比为N1:N2:P1=7:4:4（本实施例中要求原边输入电压为稳压源+15V，如输入电压变化，则变压器绕组应作出相应改变）。

本实施例中，通过改善电源电路，配合推挽电路，能实现增大IGBT的驱动电流，提高开关速度与频率，同时提高了驱动电路的可靠性。