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1　引言
　　近年來，igbt功率器件在電機(jī)控制、開關(guān)電源和變流設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。igbt的驅(qū)動(dòng)包括專門的驅(qū)動(dòng)電路，以及過流保護(hù)電路等。本文設(shè)計(jì)參考了三菱、西門康等公司生產(chǎn)的igbt驅(qū)動(dòng)模塊，加入了接口選擇模塊、功能選擇模塊、電源模塊、功率補(bǔ)充模塊等，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的模塊化設(shè)計(jì)。單個(gè)模塊可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)igbt?？梢酝ㄟ^方波控制或者spwm控制[1]等控制方式，驅(qū)動(dòng)單相或者三相逆變器。

2　igbt驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)
　　圖1所示為本文設(shè)計(jì)的igbt驅(qū)動(dòng)模塊的構(gòu)成圖，主要由五部分電路模塊組成。接口選擇模塊可實(shí)現(xiàn)光纖和電信號(hào)的切換;功能選擇模塊可實(shí)現(xiàn)兩種驅(qū)動(dòng)模式—獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)的切換;電源模塊的作用是給整個(gè)模塊提供所需的電壓;驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊的作用是放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)和檢測(cè)過流保護(hù);功率補(bǔ)充模塊可用于驅(qū)動(dòng)不同等級(jí)的igbt功率器件。

圖1　igbt驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成圖
2.1　接口選擇模塊

圖2　光纖接口電路

　　接口選擇模塊的設(shè)計(jì)是為了使驅(qū)動(dòng)和控制信號(hào)可以通過電信號(hào)或者光纖傳輸，并且增強(qiáng)信號(hào)傳輸過程的抗擾性。圖2是采用光纖接口的電路設(shè)計(jì)。dsp發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)signal_in為高時(shí)，驅(qū)動(dòng)板接收的in_x信號(hào)為低，反之，驅(qū)動(dòng)板接收的信號(hào)為高。設(shè)置dsp主控板發(fā)射的信號(hào)為低電平有效，可以防止干擾，例如若發(fā)射端5v信號(hào)丟失，接受端就無法接受有效信號(hào)，從而避免了誤操作，比采用高有效具有更好的可靠性。本文采用的光纖型號(hào)為agilent technologies公司的hfbr-1521。
2.2　功能選擇模塊

圖3　功能選擇模塊電路

　　圖3為該部分電路示意圖，通過mod開關(guān)在5v和gnd的切換，實(shí)現(xiàn)mod信號(hào)的高低電平切換，再經(jīng)過邏輯電路的處理，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)模式的切換。
　　如附表所述，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式下，mod開關(guān)接gnd，in_a、in_b兩輸入信號(hào)各自獨(dú)立，經(jīng)過設(shè)定的邏輯處理輸出。若在此驅(qū)動(dòng)方式下驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂的上下管，需要輸入的控制信號(hào)互補(bǔ)并保證一定的死區(qū)時(shí)間，對(duì)控制的要求比較高，所以此驅(qū)動(dòng)方式一般用于驅(qū)動(dòng)單管。

圖4　死區(qū)產(chǎn)生電路
　　互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)方式下，mod開關(guān)接5v，in_a為驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，in_b作為使能信號(hào)，使能有效時(shí)，兩路輸出高低電平互補(bǔ)的帶死區(qū)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以保證上下管的輪流導(dǎo)通。死區(qū)產(chǎn)生電路如圖4所示，通過設(shè)定r、c的值，經(jīng)過施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)延遲觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)死區(qū)的設(shè)定。
2.3　電源模塊

圖5　電源模塊原理圖

　　圖5所示的電源模塊部分電路拓?fù)洳捎靡粋€(gè)反激變換器，將直流24v供電電壓變換成+15v和-10v的直流電壓，給驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊供電。該電源模塊隔離電壓為3000vdc。
2.4　驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊與功率補(bǔ)充模塊
　　該部分電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。功能選擇模塊輸出的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離，驅(qū)動(dòng)呈推挽結(jié)構(gòu)的三極管輸出+15v或-10v的電壓，通過驅(qū)動(dòng)電阻rg對(duì)igbt的柵極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。采用負(fù)電壓關(guān)斷igbt器件，能夠保證igbt快速有效的關(guān)斷，可靠性高。
　　利用dsat[2]檢測(cè)方法對(duì)igbt集電極電壓vce的檢測(cè)，判斷是否發(fā)生了過流保護(hù)，進(jìn)而產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)，封鎖脈沖。igbt導(dǎo)通時(shí)，過流檢測(cè)電路的輸入電壓信號(hào)vdtect與其內(nèi)部的參考電壓信號(hào)vth進(jìn)行比較，如果vdtect>vth，則認(rèn)為產(chǎn)生了過流保護(hù)。vdtect計(jì)算公式見式(1)。其中vce是igbt的導(dǎo)通飽和壓降，vrm是電阻rm上的電壓，

附表　兩種驅(qū)動(dòng)模式狀態(tài)表

圖6　驅(qū)動(dòng)、保護(hù)及功率補(bǔ)充模塊
　　rm越大vrm， 是二極管dm的導(dǎo)通飽和壓降。調(diào)節(jié)電阻rm可改變vrm的值，從而改變保護(hù)電流閾值的大小。
vdtect=vce+vrm+vdm (1)
　　功率補(bǔ)充模塊采用三極管推挽結(jié)構(gòu)，作用是加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力，增大驅(qū)動(dòng)輸出電流，以驅(qū)動(dòng)大功率的igbt器件。

3　試驗(yàn)及結(jié)果

圖7　功能選擇模塊輸出波形

　　圖7為互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)方式下，使能信號(hào)有效時(shí)功能選擇模塊輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形，如2、3通道所示?？梢钥闯鰞陕沸盘?hào)呈互補(bǔ)狀態(tài)，分別驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂的上下兩管輪流導(dǎo)通。1通道為a路柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖8　互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)方式下上下管柵極驅(qū)動(dòng)電壓波形

　　圖8為功能選擇模塊輸出信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊與功率補(bǔ)充模塊輸出到一個(gè)橋臂上下兩igbt柵極的驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓波形。導(dǎo)通信號(hào)為+15v，關(guān)斷信號(hào)為-10v。兩列觸發(fā)脈沖互補(bǔ)，驅(qū)動(dòng)上下管輪流導(dǎo)通。

圖9　上下管觸發(fā)脈沖死區(qū)波形

　　圖9為一個(gè)橋臂上下兩個(gè)igbt的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)間的死區(qū)時(shí)間的波形，圖4中的r取1kω，c取2.2μf時(shí)，死區(qū)時(shí)間如圖9所示約為2μs。調(diào)整r、c的值，可以調(diào)整電容c的充放電時(shí)間，從而調(diào)整死區(qū)時(shí)間的大小。

圖10　三相逆變器輸出波形

　　圖10為應(yīng)用三塊該驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)三相逆變器的輸出波形，1通道為線電壓波形，為380v;2通道為相電流波形，為80a。該逆變器采用方波控制和星型電感負(fù)載，總輸出功率超過50kva。

4　結(jié)束語
　　本文從模塊化的角度設(shè)計(jì)了igbt驅(qū)動(dòng)電路，該電路將各項(xiàng)功能都進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，包括接口選擇模塊、功能選擇模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊以及功率補(bǔ)充模塊。經(jīng)試驗(yàn)證明，該驅(qū)動(dòng)模塊具有良好的驅(qū)動(dòng)能力和保護(hù)能力。