1　引言
　　近年來，igbt功率器件在電機控制、開關電源和變流設備等領域的應用已經(jīng)非常廣泛。igbt的驅動包括專門的驅動電路，以及過流保護電路等。本文設計參考了三菱、西門康等公司生產(chǎn)的igbt驅動模塊，加入了接口選擇模塊、功能選擇模塊、電源模塊、功率補充模塊等，實現(xiàn)了整個驅動電路的模塊化設計。單個模塊可以驅動一個橋臂的上下兩個igbt?？梢酝ㄟ^方波控制或者spwm控制[1]等控制方式，驅動單相或者三相逆變器。

2　igbt驅動模塊設計
　　圖1所示為本文設計的igbt驅動模塊的構成圖，主要由五部分電路模塊組成。接口選擇模塊可實現(xiàn)光纖和電信號的切換;功能選擇模塊可實現(xiàn)兩種驅動模式—獨立驅動和互補驅動的切換;電源模塊的作用是給整個模塊提供所需的電壓;驅動與保護模塊的作用是放大驅動信號和檢測過流保護;功率補充模塊可用于驅動不同等級的igbt功率器件。

圖1　igbt驅動模塊構成圖
2.1　接口選擇模塊

圖2　光纖接口電路

　　接口選擇模塊的設計是為了使驅動和控制信號可以通過電信號或者光纖傳輸，并且增強信號傳輸過程的抗擾性。圖2是采用光纖接口的電路設計。dsp發(fā)出的驅動信號signal_in為高時，驅動板接收的in_x信號為低，反之，驅動板接收的信號為高。設置dsp主控板發(fā)射的信號為低電平有效，可以防止干擾，例如若發(fā)射端5v信號丟失，接受端就無法接受有效信號，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開關在5v和gnd的切換，實現(xiàn)mod信號的高低電平切換，再經(jīng)過邏輯電路的處理，實現(xiàn)獨立驅動和互補驅動兩種驅動模式的切換。
　　如附表所述，獨立驅動方式下，mod開關接gnd，in_a、in_b兩輸入信號各自獨立，經(jīng)過設定的邏輯處理輸出。若在此驅動方式下驅動一個橋臂的上下管，需要輸入的控制信號互補并保證一定的死區(qū)時間，對控制的要求比較高，所以此驅動方式一般用于驅動單管。

圖4　死區(qū)產(chǎn)生電路
　　互補驅動方式下，mod開關接5v，in_a為驅動脈沖信號，in_b作為使能信號，使能有效時，兩路輸出高低電平互補的帶死區(qū)的驅動信號，可以保證上下管的輪流導通。死區(qū)產(chǎn)生電路如圖4所示，通過設定r、c的值，經(jīng)過施密特觸發(fā)器實現(xiàn)延遲觸發(fā)，從而實現(xiàn)死區(qū)的設定。
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撲采用一個反激變換器，將直流24v供電電壓變換成+15v和-10v的直流電壓，給驅動與保護模塊供電。該電源模塊隔離電壓為3000vdc。
2.4　驅動與保護模塊與功率補充模塊
　　該部分電路結構如圖6所示。功能選擇模塊輸出的控制信號經(jīng)光耦隔離，驅動呈推挽結構的三極管輸出+15v或-10v的電壓，通過驅動電阻rg對igbt的柵極進行驅動。采用負電壓關斷igbt器件，能夠保證igbt快速有效的關斷，可靠性高。
　　利用dsat[2]檢測方法對igbt集電極電壓vce的檢測，判斷是否發(fā)生了過流保護，進而產(chǎn)生保護信號，封鎖脈沖。igbt導通時，過流檢測電路的輸入電壓信號vdtect與其內部的參考電壓信號vth進行比較，如果vdtect>vth，則認為產(chǎn)生了過流保護。vdtect計算公式見式(1)。其中vce是igbt的導通飽和壓降，vrm是電阻rm上的電壓，

附表　兩種驅動模式狀態(tài)表

圖6　驅動、保護及功率補充模塊
　　rm越大vrm， 是二極管dm的導通飽和壓降。調節(jié)電阻rm可改變vrm的值，從而改變保護電流閾值的大小。
vdtect=vce+vrm+vdm (1)
　　功率補充模塊采用三極管推挽結構，作用是加強驅動電路的驅動能力，增大驅動輸出電流，以驅動大功率的igbt器件。

3　試驗及結果

圖7　功能選擇模塊輸出波形

　　圖7為互補驅動方式下，使能信號有效時功能選擇模塊輸出的兩路驅動信號的波形，如2、3通道所示。可以看出兩路信號呈互補狀態(tài)，分別驅動一個橋臂的上下兩管輪流導通。1通道為a路柵極驅動信號。

圖8　互補驅動方式下上下管柵極驅動電壓波形

　　圖8為功能選擇模塊輸出信號經(jīng)驅動與保護模塊與功率補充模塊輸出到一個橋臂上下兩igbt柵極的驅動脈沖的電壓波形。導通信號為+15v，關斷信號為-10v。兩列觸發(fā)脈沖互補，驅動上下管輪流導通。

圖9　上下管觸發(fā)脈沖死區(qū)波形

　　圖9為一個橋臂上下兩個igbt的柵極驅動脈沖信號間的死區(qū)時間的波形，圖4中的r取1kω，c取2.2μf時，死區(qū)時間如圖9所示約為2μs。調整r、c的值，可以調整電容c的充放電時間，從而調整死區(qū)時間的大小。

圖10　三相逆變器輸出波形

　　圖10為應用三塊該驅動模塊驅動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載，總輸出功率超過50kva。

4　結束語
　　本文從模塊化的角度設計了igbt驅動電路，該電路將各項功能都進行了模塊化設計，包括接口選擇模塊、功能選擇模塊、電源模塊、驅動與保護模塊以及功率補充模塊。經(jīng)試驗證明，該驅動模塊具有良好的驅動能力和保護能力。