本發(fā)明涉及電機驅動領域，特別涉及一種IGBT驅動電路。

背景技術：

現(xiàn)有技術中， IGBT是伺服電機驅動電路中必不可少的開關器件，但是由于IGBT的固有特性，如果對IGBT采用硬關斷方式，在關斷瞬間其C極、E極極間電壓會出現(xiàn)飆高至額定值以上數(shù)倍，這對器件安全造成了極大的危害。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中用于電機控制的IGBT采用硬關斷方式時，在關斷瞬間其C極、E極極間電壓會出現(xiàn)飆高至額定值以上數(shù)倍的問題，提供一種避免IGBT在關斷時C極、E極極間電壓飆高的驅動電路。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：

一種IGBT驅動電路，包括，驅動光耦、開關驅動電路、軟關斷電路以及飽和壓降檢測電路；

所述驅動光耦通過所述開關驅動電路與IGBT的門極連接，用于控制IGBT的通斷；

所述飽和壓降檢測電路兩個輸入端分別與所述IGBT的集電極、射極連接，用于檢測IGBT的關斷電壓是否超出預設閾值；

所述驅動光耦還通過所述軟關斷電路與IGBT的門極連接，并接收所述飽和壓降檢測電路的檢測結果，在IGBT的關斷電壓超出預設閾值時，所述驅動光耦結束對所述開關驅動電路的控制，采用所述軟關斷電路關閉所述IGBT。

還包括PWM調理電路，所述PWM調理電路用于將PWM波進行濾波、毛刺去除后輸入至所述驅動光耦，所述驅動光耦根據(jù)該PWM波對IGBT進行驅動控制。

進一步的，報警反饋電路，所述報警反饋電路自所述驅動光耦接收報警信號，并將該信號反饋至控制器。

進一步的，所述開關驅動電路包括開啟電路和關斷電路；

所述開啟電路包括第一PMOS管Q1，所述第一PMOS管Q1通過第一電阻R3自所述驅動光耦接收開啟信號，同時所述第一PMOS管Q1的源極與電源連接，漏極通過并接的第一電阻R3組與被控IGBT的門極連接；

所述關斷電路包括第一NMOS管Q2，所述第一NMOS管Q2通過第二電阻R2自所述驅動光耦接收關斷信號，同時所述第一NMOS管Q2的源極接負壓電源，漏極通過并接的第二電阻組與被控IGBT的門極連接。

進一步的，所述飽和壓降檢測電路包括，第一端口及第二端口，所述第一端口及第二端口分別與被控IGBT的集電極、射極連接，用于檢測被控IGBT的集電極與射極之間的極間電壓；

還包括，第一二極管D1、第二二極管D2、第一穩(wěn)壓二極管ZD1、第二穩(wěn)壓二極管ZD2、第三電阻R3、第四電阻R4及第一電容C1；

所述第一二極管D1的負極與第一端口、第二端口連接，正極與第一穩(wěn)壓二極管ZD1的正極連接，第一穩(wěn)壓二極管ZD1的負極通過第三電阻R3與并接的第一電容C1、第二二極管D2、第二穩(wěn)壓二極管ZD2連接，其中，與第二二極管D2負極和第二穩(wěn)壓二極管ZD2負極連接；

所述第一穩(wěn)壓二極管ZD1的負極還通過第三電阻R3、第四電阻R4與所述開關驅動電路的輸出端連接。

進一步的，所述軟關斷電路包括第二NMOS管Q3，所述第二NMOS管Q3通過第五電阻R5自所述驅動光耦接收軟關斷信號，同時所述第二NMOS管Q3的源極接負壓電源，漏記通過第六電阻R6接被控IGBT的門極。

進一步的，所述開關驅動電路、軟關斷電路和被控IGBT之間還設置有第一門極保護電路，所述第一門極保護電路包括第三二極管D3、第七電阻R7、第三穩(wěn)壓二極管ZD3及第四穩(wěn)壓二極管ZD4；

所述第三二極管D3的正極與所述開關驅動電路、軟關斷電路的輸出端連接，負極與電源連接；

所述第七電阻一端與所述開關驅動電路、軟關斷電路的輸出端連接，另一端接地；

所述第三穩(wěn)壓二極管ZD3與第四穩(wěn)壓二極管ZD4反向串聯(lián)，其中，第三穩(wěn)壓二極管ZD3的負極與所述開關驅動電路、軟關斷電路的輸出端連接，第四穩(wěn)壓二極管ZD4負極接地。

進一步的，在一些應用場合，如高速鐵路的高速列車驅動應用領域，由于不同軌道的列車距離較近，在兩車交匯時，相鄰軌道的列車高速通過時，會對旁邊列車產生非常大的電磁干擾，此時，列車中驅動電路的IGBT集電極電壓會飆高至額定電壓的數(shù)倍，此時，如果IGBT是關斷狀態(tài)，則有被擊穿的風險，鑒于這種情況，本發(fā)明提供的IGBT驅動電路還包括檢測IGBT開關狀態(tài)以及集電極電壓是否超出閾值的動態(tài)有源鉗位保護電路，所述動態(tài)有源鉗位保護電路的輸入端與被控IGBT的集電極連接，第一輸出端與所述開關驅動電路的輸出端連接，第二輸出端與所述關斷電路的輸入端連接；用于檢測集電極電壓是否超出預設閾值，當超出閾值時，降低該電壓。

進一步的，所述動態(tài)有源鉗位保護電路包括由至少2個同向串接的穩(wěn)壓二極管組成的第一穩(wěn)壓二極管組，所述第一穩(wěn)壓二極管組與被控IGBT的集電極連接，其中的穩(wěn)壓二極管的負極為輸入端，正極為輸出端；

所述第一穩(wěn)壓二極管組的輸出端與第三NMOS管Q4的漏極連接；所述第三NMOS管Q4的柵極與一延時電路的輸出端連接，所述延時電路的輸入端與開關驅動電路的輸出端連接；

還包括至少2個串接的穩(wěn)壓二極管組成的第二穩(wěn)壓二極管組，所述第二穩(wěn)壓二極管組中的穩(wěn)壓二極管負極為輸入端，正極為輸出端；所述第二穩(wěn)壓二極管組與所述第三NMOS管Q4并接；其輸入端與第一穩(wěn)壓二極管組的輸出端連接，其輸出端與第三NMOS管Q4的源極連接；

所述第二穩(wěn)壓二極管組的輸出端還通過串接的第四二極管D4、第八電阻R8與所述開關驅動電路的輸出端連接，該第八電阻R8與開關驅動電路輸出端連接的一端為所述動態(tài)有源鉗位保護電路的第一輸出端；

所述第二穩(wěn)壓二極管組的輸出端還通過第五二極管D5、第九電阻R9與第四NMOS管Q5的柵極連接；第四NMOS管Q5的源極接負壓電源，漏極通過第十電阻R10與關斷電路的輸入端連接，該第十電阻R10與關斷電路的輸入端連接的一端為所述動態(tài)有源鉗位保護電路的第二輸出端。

具體的，在開關驅動電路正常工作時，與第三NMOS管Q4的柵極連接的延時電路由于與所述開啟電路的輸出端連接，因此，第三NMOS管Q4的柵極始終處于高電平，即導通狀態(tài)，此時，第二穩(wěn)壓二極管組被導通的第三NMOS管Q4短接不起作用，此時，由第一穩(wěn)壓二極管組決定IGBT集電極第一閾值，當集電極電壓超過該閾值時，第一穩(wěn)壓二極管組中二極管被擊穿，此時，所述動態(tài)有源鉗位保護電路一方面通過第二輸出端，為所述關斷電路的輸入端輸出低電平，讓關斷電路停止工作；另一方面通過第一輸出端將高電平輸出至所述開關驅動電路的輸出端，以控制所述受控IGBT的門極開啟，將其集電極電壓減低。而在開關驅動電路沒有工作時，此時設備（如火車）整體處于停止狀態(tài)，此時的受控IGBT集電極高電壓可以承受比工作時更高的閾值，此時，本電路中，第三NMOS管Q4的柵極接收不到開啟電路的高電平，處于關斷開路狀態(tài)，此時第一穩(wěn)壓二極管組和第二穩(wěn)壓二極管組串接，兩者共同決定IGBT集電極電壓的第二閾值，當集電極電壓超過該值時，有源鉗位保護電路同樣通過第一輸出端將高電平輸出至所述開關驅動電路的輸出端，以控制所述受控IGBT的門極開啟，從而降低集電極電壓。

進一步的，所述第四NMOS管Q5的柵極與所述負壓電源之間還設置有第二門極保護電路。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的IGBT驅動電路，包括檢測IGBT的集電極、射極之間極間電壓的飽和壓降檢測電路，在關斷被控IGBT時，如果檢測到IGBT極間電壓超出閾值，則控制軟關斷電路對IGBT進行關斷，以降低被控IGBT關斷時的瞬時極間電壓，從而降低電路風險。

另外一些實施例中，在如高速鐵路等大功率應用場合，針對IGBT正常工作時和不工作時，IGBT集電極瞬時電壓有不同產生原因，從而需要不同的鉗位電壓值的問題，巧妙的設計了動態(tài)鉗位電路，即使得第二穩(wěn)壓二極管組與第三NMOS管并接，在正常工作時，將第三NMOS管導通，短接第二穩(wěn)壓二極管組，由第一穩(wěn)壓二極管組決定鉗位電壓閾值，而在不工作時，第三NMOS管關斷，由第一穩(wěn)壓二極管組合第二穩(wěn)壓二極管組共同決定鉗位電壓值，從而解決了IGBT正常工作時和不工作時需要有不同的鉗位電壓的問題。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明一具體實施例原理框圖。

圖2本發(fā)明實施例中光耦驅動電路圖。

圖3為本發(fā)明實施例中開關驅動電路以及軟關斷電路電路圖。

圖4為本發(fā)明實施例中飽和壓降檢測電路電路圖。

圖5為本發(fā)明實施例中第一門極保護電路電路圖。

圖6為本發(fā)明另一具體實施例原理框圖。

圖7為本發(fā)明實施例中有源鉗位保護電路電路圖。

圖8為不采用飽和壓降檢測控制時IGBT瞬時關斷電壓和采用本發(fā)明提供的飽和壓降檢測控制后的IGBT瞬時關斷電壓對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內容所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1：如圖1至圖5所示，本實施例提供一種IGBT驅動電路，包括，驅動光耦1（U1）、開關驅動電路2、軟關斷電路4以及飽和壓降檢測電路3；

所述驅動光耦1通過所述開關驅動電路2與IGBT的門極連接，用于控制IGBT的通斷；

所述飽和壓降檢測電路3兩個輸入端分別與所述IGBT的集電極、射極連接，用于檢測IGBT的關斷電壓是否超出預設閾值；

所述驅動光耦1還通過所述軟關斷電路4與IGBT的門極連接，并接收所述飽和壓降檢測電路的檢測結果，在IGBT的關斷電壓超出預設閾值時，所述驅動光耦結束對所述開關驅動電路的控制，采用所述軟關斷電路關閉所述IGBT。

本實施例提供的IGBT驅動電路還包括PWM調理電路5，所述PWM調理電路5用于將PWM波進行濾波、毛刺去除后輸入至所述驅動光耦，所述驅動光耦1根據(jù)該PWM波對IGBT進行驅動控制。本實施例提供的IGBT驅動電路還包括報警反饋電路6，所述報警反饋電路6自所述驅動光耦1接收報警信號，并將該信號反饋至控制器。

具體的 ，所述開關驅動電路2包括開啟電路21和關斷電路22；所述開啟電路21包括第一PMOS管Q1，所述第一PMOS管Q1通過第一電阻R3自所述驅動光耦接收開啟信號，同時所述第一PMOS管Q1的源極與電源連接，漏極通過并接的第一電阻R3組與被控IGBT的門極連接；所述關斷電路22包括第一NMOS管Q2，所述第一NMOS管Q2通過第二電阻R2自所述驅動光耦接收關斷信號，同時所述第一NMOS管Q2的源極接負壓電源，漏極通過并接的第二電阻組與被控IGBT的門極連接。本實施例中，第一電阻組和第二電阻組均是由三個電阻并聯(lián)構成，實際上，第一電阻組和第二電阻組均可由二個以上的電阻并聯(lián)構成，以使得電阻組達到指定阻值。

本實施例中，飽和壓降檢測電路3包括，第一端口及第二端口，所述第一端口及第二端口分別與被控IGBT的集電極、射極連接，用于檢測被控IGBT的集電極與射極之間的極間電壓；具體的，如圖4所示，第一端口、第二端口均由標準接口J4接入。還包括，第一二極管D1、第二二極管D2、第一穩(wěn)壓二極管ZD1、第二穩(wěn)壓二極管ZD2、第三電阻R3、第四電阻R4及第一電容C1；所述第一二極管D1的負極與第一端口、第二端口連接，正極與第一穩(wěn)壓二極管ZD1的正極連接，第一穩(wěn)壓二極管ZD1的負極通過第三電阻R3與并接的第一電容C1、第二二極管D2、第二穩(wěn)壓二極管ZD2連接，其中，第三電阻R3與第二二極管D2負極和第二穩(wěn)壓二極管ZD2負極連接的一端還是將信號反饋至驅動光耦U1的反饋端，其與驅動光耦的DESAT端口連接，將檢測結果反饋至驅動光耦中；第所述第一穩(wěn)壓二極管ZD1的負極還通過第三電阻R3、第四電阻R4與第一電阻組、第二電阻組的輸出端（即開關驅動電路2的輸出端）連接，飽和壓降檢測電路3中，第一穩(wěn)壓二極管ZD1用于調整所檢測的極間電壓的閾值，而第四電阻R4、第一電容C1用于調整報警時間，即，在一般情況下，如果極間電壓超出閾值只是在預設報警時間之內出現(xiàn)的話，則不予報警，只有超出閾值的時間超過預設報警時間，才向驅動光耦發(fā)出報警信號，此時驅動光耦才驅動軟關斷電路對IGBT進行關斷，圖8給出了不采用飽和壓降檢測控制時IGBT瞬時關斷電壓和采用本實施例提供的飽和壓降檢測控制后的IGBT瞬時關斷電壓對比圖，圖中第一個波峰處為未采用和壓降檢測控制時IGBT瞬時關斷電壓，其明顯出現(xiàn)一個瞬時的尖峰，而第二個波峰處則為采用了本實施例提供的電路結構后的波形，可見其在關斷瞬間的最高峰值已明顯受控。

本實施例中，所述軟關斷電路4包括第二NMOS管Q3，所述第二NMOS管Q3通過第五電阻R5自所述驅動光耦接收軟關斷信號，同時所述第二NMOS管Q3的源極接負壓電源，漏記通過第六電阻R6接被控IGBT的門極。

所述開關驅動電路2、軟關斷電路4和被控IGBT之間還設置有第一門極保護電路，所述第一門極保護電路包括第三二極管D3、第七電阻R7、第三穩(wěn)壓二極管ZD3及第四穩(wěn)壓二極管ZD4；所述第三二極管D3的正極與所述開關驅動電路、軟關斷電路的輸出端連接，負極與電源連接；所述第七電阻一端與所述開關驅動電路、軟關斷電路的輸出端連接，另一端接地；所述第三穩(wěn)壓二極管ZD3與第四穩(wěn)壓二極管ZD4反向串聯(lián)，其中，第三穩(wěn)壓二極管ZD3的負極與所述開關驅動電路2、軟關斷電路4的輸出端連接，第四穩(wěn)壓二極管ZD4負極接地。

實施例2：如圖6、圖7所示，在一些應用場合，如高速鐵路的高速列車驅動應用領域，由于不同軌道的列車距離較近，在兩車交匯時，相鄰軌道的列車高速通過時，會對旁邊靜止停放的列車的電路產生非常大的電磁干擾，此時，靜止列車中開關驅動電路的IGBT集電極電壓會飆高至額定電壓的數(shù)倍，此時,如果IGBT是關斷狀態(tài)，則有被擊穿的風險。

鑒于這種情況，本實施例提供的IGBT驅動電路還包括檢測IGBT開關狀態(tài)以及集電極電壓是否超出閾值的動態(tài)有源鉗位保護電路，所述動態(tài)有源鉗位保護電路的輸入端與被控IGBT的集電極連接，第一輸出端與所述開關驅動電路的輸出端連接，第二輸出端與所述關斷電路的輸入端連接；用于檢測集電極電壓是否超出預設閾值，當超出閾值時，降低該電壓。

所述動態(tài)有源鉗位保護電路7包括由至少2個同向串接的穩(wěn)壓二極管組成的第一穩(wěn)壓二極管組，所述第一穩(wěn)壓二極管組與被控IGBT的集電極連接，其中的穩(wěn)壓二極管的負極為輸入端，正極為輸出端；所述第一穩(wěn)壓二極管組的輸出端與第三NMOS管Q4的漏極連接；所述第三NMOS管Q4的柵極與一延時電路的輸出端連接，所述延時電路的輸入端與開關驅動電路的輸出端連接；還包括至少2個串接的穩(wěn)壓二極管組成的第二穩(wěn)壓二極管組，所述第二穩(wěn)壓二極管組中的穩(wěn)壓二極管負極為輸入端，正極為輸出端；所述第二穩(wěn)壓二極管組與所述第三NMOS管Q4并接；其輸入端與第一穩(wěn)壓二極管組的輸出端連接，其輸出端與第三NMOS管Q4的源極連接；所述第二穩(wěn)壓二極管組的輸出端還通過串接的第四二極管D4、第八電阻R8與所述開關驅動電路的輸出端連接；所述第二穩(wěn)壓二極管組的輸出端還通過第五二極管D5、第九電阻R9與第四NMOS管Q5的柵極連接；第四NMOS管Q5的源極接負壓電源，漏極通過第十電阻R10與關斷電路的輸入端連接，一些實施例中，所述第四NMOS管Q5的柵極與所述負壓電源之間還設置有第二門極保護電路。

具體的，在開關驅動電路正常工作時，與第三NMOS管Q4的柵極連接的延時電路由于與所述開啟電路的輸出端連接，因此，第三NMOS管Q4的柵極始終處于高電平，即導通狀態(tài)，此時，第二穩(wěn)壓二極管組被導通的第三NMOS管Q4短接不起作用，此時，由第一穩(wěn)壓二極管組決定IGBT集電極第一閾值，當集電極電壓超過該閾值時，第一穩(wěn)壓二極管組中二極管被擊穿，此時，所述動態(tài)有源鉗位保護電路一方面通過第二輸出端，為所述關斷電路的輸入端輸出低電平，讓關斷電路停止工作；另一方面通過第一輸出端將高電平輸出至所述開關驅動電路的輸出端，以控制所述受控IGBT的門極開啟，將其集電極電壓減低。而在開關驅動電路沒有工作時，此時設備（如火車）整體處于停止狀態(tài)，此時的受控IGBT集電極高電壓可以承受比工作時更高的閾值，此時，本電路中，第三NMOS管Q4的柵極接收不到開啟電路的高電平，處于關斷開路狀態(tài)，此時第一穩(wěn)壓二極管組和第二穩(wěn)壓二極管組串接，兩者共同決定IGBT集電極電壓的第二閾值，當集電極電壓超過該值時，有源鉗位保護電路同樣通過第一輸出端將高電平輸出至所述開關驅動電路的輸出端，以控制所述受控IGBT的門極開啟，從而降低集電極電壓。