[发明专利]基于IGBT桥式开关拓扑的驱动电路及其保护模块

说明书

技术领域

本发明涉及基于IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶振管)桥式开关拓扑的驱动电路，更具体地说，涉及一种用于变频器、逆变器、开关电源的基于IGBT管桥式开关拓扑的驱动电路及其保护模块。

背景技术

IGBT管器件由于其低的导通损耗、小的平均驱动功率和快速的开关特性，目前已经普遍的应用于变频器、逆变器、开关电源等设备中，IGBT管作为桥式开关拓扑的关键器件，完成功率转换。

图1是市场上最为常见的一种以IGBT管器件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6作为开关元件的桥式开关拓扑电路，其IGBT管的驱动方法有如下几种：

第一种就是用不带IGBT管的集电极-发射极电压Vce检测功能(以下简称Vce电压检测功能)的专用驱动光耦器件驱动IGBT管，这些驱动光耦器件包括：ACPL-P314、TLP701、HCPL-3120、ACPL-T350等，图2为基于TLP701的驱动电路，在使用该类光耦来驱动IGBT管时，即图1中的Q1隔离驱动电路1、Q3隔离驱动电路3、Q5隔离驱动电路5、Q2隔离驱动电路2、Q4隔离驱动电路4、Q6隔离驱动电路6全都采用图2所示的驱动电路，采用这种方式来驱动IGBT管的特点是电路简单，但是起不到输出短路和IGBT管上下桥臂之间直通短路保护的作用。

第二种是用带有Vce电压检测功能的专用驱动光耦器件驱动IGBT管，这些光耦器件包括：ACPL-331J、HCPL-316J、PC929等，在使用该类光耦来驱动IGBT管时，即图1中的Q1隔离驱动电路1、Q3隔离驱动电路3、Q5隔离驱动电路5、Q2隔离驱动电路2、Q4隔离驱动电路4、Q6隔离驱动电路6，这6路驱动电路中，至少有3路需要采用该类光耦，用这种方式来驱动IGBT管能起到检测出IGBT管的短路状态和保护IGBT管的作用，但是电路复杂，再加上这种驱动光耦本身成本就很高，致使整个电路的成本偏高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路成本高、不能对输出短路和上下桥臂直通的短路起保护作用的缺陷，提供一种基于IGBT桥式开关拓扑的驱动电路的保护模块，能实现可靠的短路保护，且成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于IGBT桥式开关拓扑的驱动电路的保护模块，该驱动电路用于根据MCU输出的门极驱动信号驱动IGBT管，所述保护模块包括：

母线电流检测单元，用于检测母线电流并将所检测的电流信号转化为电压信号；

阈值比较单元，连接所述母线电流检测单元，用于将所述电压信号与设定的基准电压阈值进行比较；

下桥控制单元，连接所述阈值比较单元，用于在所述电压信号大于基准电压阈值时，将下桥IGBT管的正门极驱动电压稳压至第二电压，所述第二电压小于所述下桥IGBT管正常工作时的正门极驱动电压；

故障反馈单元，连接所述阈值比较单元，用于在所述电压信号大于基准电压阈值，且所述下桥IGBT管的正门极驱动电压稳压至第二电压后，向MCU反馈故障信号，且MCU根据所述故障信号停止输出门极驱动信号。

在本发明所述的保护模块中，所述下桥控制单元包括第一光耦、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管和第三稳压二极管，其中，所述第一光耦的初级发光二极管的正极连接所述阈值比较单元的第一输出端，所述第一光耦的初级发光二极管的负极连接所述阈值比较单元的第二输出端，所述第一光耦的光敏三极管的发射极连接负母线，所述第一光耦的光敏三极管的集电极分别接第一稳压二极管的正极、第二稳压二极管的正极和第三稳压二极管的正极，第一稳压二极管的负极、第二稳压二极管的负极和第三稳压二极管的负极分别接第一二极管的负极、第二二极管的负极和第三二极管的负极，第一二极管的正极、第二二极管的正极和第三二极管的正极分别接三路下桥IGBT管的门极。

在本发明所述的保护模块中，所述下桥控制单元还包括第一三极管、第二三极管和第三三极管，其中，第一三极管的发射极、第二三极管的发射极和第三三极管的发射极分别接第一稳压二极管的正极、第二稳压二极管的正极和第三稳压二极管的正极，第一三极管的基极、第二三极管的基极和第三三极管的基极分别接所述第一光耦的光敏三极管的集电极，第一三极管的集电极、第二三极管的集电极和第三三极管的集电极分别接负母线。