多级放大控制的IGBT驱动电路及其控制方法与流程
本发明属于功率电路驱动，具体涉及一种多级放大控制的igbt驱动电路及其控制方法。
背景技术：
1、绝缘栅双极晶体管（insulate-gate bipolar transistor，igbt）是由栅极、集电极和发射极构成的三端复合型半导体器件，结合了电力晶体管与电力场效应晶体管的优势，通过栅极电压控制通断，具有高输入阻抗和低导通损耗特性，广泛应用于光伏逆变器、新能源汽车电控系统及工业变频设备。
2、igbt器件本身的高频特性使得其驱动电路回路容易受到寄生参数的影响，引发栅源电压波形振荡和漏源电压过冲。因此，对驱动电路提出了较高的要求：需要较高的栅极驱动电压确保器件顺利导通；需要加上负压来关断以确保不会误触发；需要实现快速的上升和下降边沿，并提供足够大的驱动电流来克服栅极电容以适应高频切换；此外，高频工作下容易引发桥臂串扰现象，需要米勒钳位等方法来限制尖峰电压。
3、目前，针对大功率igbt的驱动电路通常采用负压关断，并结合米勒钳位功能。米勒钳位一般分为有源米勒钳位和无源米勒钳位：有源米勒钳位在栅极另引一条支路经过三极管控制，在igbt的关断周期内导通，使负压源与栅极直接相连以拉低关断时的栅极电压；无源米勒钳位在栅极和源极之间并联稳压管，当发生米勒现象栅极产生电压尖峰时，稳压管被反向击穿形成低阻抗回路，将米勒电流旁路。
4、然而，这种现有的驱动电路在实际应用中存在以下缺陷：
5、现有电路多采用单级控制，其驱动能力有限，驱动电流较小。在面对高电压高功率或高频开关场合时，单级控制难以使栅极电容快速充放电，延长了电容充电时间，增加了不必要的开关损耗，且在高频工作下的稳定性较差。
6、现有电路的电平转换能力有限，对输入的pwm信号的电压幅值有一定的要求，难以灵活适用于各种不同电平标准的控制信号场合。
7、现有电路缺乏一体化的驱动保护回路，通常需要额外添加外围电路来实现过流保护等功能，这不仅增加了电路的复杂性，而且在发生过流现象时，保护动作的响应速度和联动控制的可靠性难以保障。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中igbt驱动电路难以实现igbt的高效可靠驱动的缺陷，从而提供一种多级放大控制的igbt驱动电路及其控制方法。
2、一种多级放大控制的igbt驱动电路，包括输入信号光耦隔离模块、输入信号多级放大控制模块、推挽放大电路模块以及过流检测保护模块；
3、所述输入信号光耦隔离模块包括第一光电耦合器u1，所述第一光电耦合器u1的信号输入端连接pwm信号输入，信号输出端连接所述输入信号多级放大控制模块；
4、所述输入信号多级放大控制模块包括第二三极管q2、第三三极管q3、第六三极管q6和第七三极管q7；所述第二三极管q2的基极连接所述第一光电耦合器u1的信号输出端，集电极连接驱动电源dp+，发射极连接所述第七三极管q7的基极；所述第七三极管q7的集电极连接第一所述光电耦合器u1的信号输出端，发射极连接负压电源dp-；所述第三三极管q3的基极连接所述第二三极管q2的集电极，发射极连接负压电源dp-，集电极连接所述第六三极管q6的基极；所述第六三极管q6的发射极连接负压电源dp-，集电极形成中间pwm信号输出端；
5、所述推挽放大电路模块包括第四三极管q4和第五三极管q5；所述第四三极管q4和第五三极管q5的基极连接所述中间pwm信号输出端，所述第四三极管q4的集电极连接驱动电源dp+，所述第五三极管q5的集电极连接负压电源dp-，所述第四三极管q4和第五三极管q5的发射极连接形成pwm驱动信号输出端以连接igbt栅极；
6、所述过流检测保护模块包括第八三极管q8和第九三极管q9；igbt集电极和发射极之间的电压vce连接所述第八三极管q8的基极；所述第八三极管q8的集电极连接所述第九三极管q9的基极，所述第九三极管q9的集电极连接所述第一光电耦合器u1的信号输出端，用于在过流时将所述第一光电耦合器u1的输出信号钳位至驱动电源dp+。
7、进一步的，所述输入信号多级放大控制模块还包括第一三极管q1和第十一三极管q11；
8、所述第一三极管q1和第十一三极管q11的基极连接所述第一光电耦合器u1的信号输出端，发射极连接驱动电源dp+，所述第一三极管q1的集电极连接至所述中间pwm信号输出端；所述第十一三极管q11的集电极连接igbt集电极和发射极之间的电压vce。
9、进一步的，所述推挽放大电路模块还包括第一去耦电容c1、第二去耦电容c2和稳压管二极管d3；
10、所述第一去耦电容c1连接在驱动电源dp+和负压电源dp-之间；
11、所述第二去耦电容c2的第一端连接所述第四三极管q4和第五三极管q5的基极，第二端连接负压电源dp-；
12、所述稳压管二极管d3的负极连接所述第四三极管q4和第五三极管q5的基极，正极连接负压电源dp-。
13、进一步的，所述过流检测保护模块还包括第十三极管q10；
14、所述第十三极管q10的基极连接故障信号输出端，发射极连接负压电源dp-，集电极连接所述第八三极管q8的基极。
15、进一步的，还包括第四二极管d4，所述第四二极管d4的阳极连接igbt集电极和发射极之间的电压vce，阴极连接中间pwm信号输出端。
16、一种基于上述多级放大控制的igbt驱动电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
17、输入信号光耦隔离模块接收外部pwm输入信号，经第一光电耦合器u1隔离后输出至输入信号多级放大控制模块；
18、输入信号多级放大控制模块利用第二三极管q2、第三三极管q3、第六三极管q6和第七三极管q7的级联导通关系，对隔离后的信号进行多级放大与电平转换，输出中间pwm信号；
19、推挽放大电路模块接收中间pwm信号，利用第四三极管q4和第五三极管q5进行推挽放大，输出pwm驱动信号至igbt栅极；
20、过流检测保护模块检测igbt集电极和发射极之间的电压vce，当vce超过预设阈值时，触发第八三极管q8导通，使得第九三极管q9导通，将第一光电耦合器u1的信号输出端连接至驱动电源dp+。
21、进一步的，当所述第一光电耦合器u1输出低电平信号时，所述第二三极管q2导通，所述第三三极管q3和第七三极管q7导通，所述第七三极管q7提供续流回路，所述第三三极管q3导通使所述第六三极管q6的基极与负压电源dp-相连而截止；当所述第一光电耦合器u1输出高电平信号时，所述第二三极管q2截止，所述第三三极管q3截止，所述第六三极管q6的基极通过电阻连接驱动电源dp+而导通，负压电源dp-经所述第六三极管q6输出至中间pwm信号处。
22、进一步的，当所述第一光电耦合器u1输出低电平信号时，所述第一三极管q1和第十一三极管q11导通，驱动电源dp+经所述第一三极管q1输出至中间pwm信号处。
23、进一步的，当所述中间pwm信号为正电平时，所述第四三极管q4导通，驱动电源dp+与pwm驱动信号输出端相连；当所述中间pwm信号为负电平时，所述第五三极管q5导通，负压电源dp-与pwm驱动信号输出端相连；在igbt关断周期内，所述第五三极管q5使igbt栅极连接负压电源dp-。
24、进一步的，当发生过流时，igbt集电极和发射极之间的电压vce增大使得所述第八三极管q8导通，拉低所述第九三极管q9的基极电压使得所述第九三极管q9导通，驱动电源dp+通过所述第九三极管q9连接至所述第一光电耦合器u1的信号输出端；故障信号输出端电压被拉低使得所述第十三极管q10导通，形成驱动电源dp+到负压电源dp-的回路。
25、有益效果：本发明公开了一种多级放大控制的igbt驱动电路及其控制方法，采用包含多个三极管的输入信号多级放大控制模块，通过多级三极管的级联导通关系对输入信号进行多级放大与电平转换。该结构打破了现有单级控制电路驱动电流较小的局限，实现了极高的电流增益，能够输出很大的驱动电流，不仅适应高电压高功率场合，还具备优秀的电平转换能力，满足各种输入信号幅值的需求。
26、本发明的推挽放大电路模块利用两个三极管组成推挽结构，使得驱动电路的输出阻抗呈现低阻抗，能够提供很大的输出电流，带负载能力强。并且，在igbt的关断周期内，推挽下管导通使得igbt栅极直接连接负压电源，中间没有关断电阻，可以将栅极电压拉得很低，有效减缓米勒效应，防止igbt发生误导通。
27、本发明的过流检测保护模块通过检测igbt集电极和发射极之间的电压vce，在发生过流时触发保护触发三极管导通，进而使得信号钳位三极管导通。信号钳位三极管直接将光耦隔离模块的信号输出端钳位至驱动电源，从信号源头隔断了中间pwm信号的正电平部分，使igbt迅速保持关断。该方案将过流保护与前置光耦隔离输出端直接联动，无需额外添加外围保护电路即可实现快速响应的一体化保护动作，大幅提高了电路的整体稳定性与可靠性。