摘要：介紹了中頻加熱系統(tǒng)中igbt控制、驅(qū)動及保護(hù)電路的工作原理，詳細(xì)論述了以集成鎖相環(huán)lm565為核心元件的igbt互補(bǔ)對稱控制信號產(chǎn)生電路、高速光耦hp3101實現(xiàn)的igbt驅(qū)動與隔離電路以及用電流互感器和窗口電壓比較器實現(xiàn)的igbt過流保護(hù)電路的設(shè)計方法。

    關(guān)鍵詞：igbt；驅(qū)動電路；保護(hù)電路

    絕緣柵雙極型晶體管igbt兼有功率三極管和場效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)，即電壓驅(qū)動，輸入阻抗高，飽和壓降低，開關(guān)頻率高等。這些優(yōu)點(diǎn)使得igbt在電力電子技術(shù)、電氣傳動、開關(guān)電源等場合有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹的中頻加熱系統(tǒng)是將三相交流電經(jīng)過可控硅橋式全控整流濾波后變?yōu)榉瓤烧{(diào)的直流電，然后通過逆變器變?yōu)? khz的中頻電源，其中逆變器選用日本三菱公司的cw300dy－24h型igbt模塊。下面將就igbt的控制、驅(qū)動及保護(hù)電路的設(shè)計方法作詳細(xì)論述。

    1 igbt控制電路設(shè)計

    中頻加熱系統(tǒng)中逆變器的作用是將直流電變?yōu)? khz的中頻電源。本系統(tǒng)中是用2塊cw300dy－24h型igbt模塊組成橋式逆變電路。igbt控制電路的核心是產(chǎn)生2路互補(bǔ)輸出的中頻方波信號。圖1給出了igbt控制電路原理圖。

    其中，lm565是集成鎖相環(huán)電路，其功能是提供頻率穩(wěn)定的方波信號，通過調(diào)節(jié)電位器vr1即可改變lm565的輸出頻率。lm565的輸出信號經(jīng)過施密特反相器74hc14連接到d觸發(fā)器74hc74的時鐘端，d觸發(fā)器的輸出經(jīng)過整形后加到與門74hc08的輸入端，從輸出端out1、out2、out3、out4即可得到2路互補(bǔ)方波信號。其中out1、out2為一組，out3、out4為另一組分別加到igbt驅(qū)動電路的輸入端。該電路從設(shè)計上保證了兩路信號在任何情況下都是互補(bǔ)的，這就避免了igbt橋直通現(xiàn)象的發(fā)生，確保了igbt模塊工作的安全性。圖1中en信號是igbt控制使能信號，當(dāng)en＝1則有控制信號輸出，而當(dāng)en＝0則沒有輸出，其目的是對igbt進(jìn)行過流保護(hù)。

    2 igbt驅(qū)動電路設(shè)計

    為保證igbt可靠工作，其驅(qū)動電路應(yīng)滿足如下要求：

    1）動態(tài)驅(qū)動能力強(qiáng)，能為igbt柵極提供驅(qū)動脈沖，使igbt迅速導(dǎo)通。

    2）能向igbt提供適當(dāng)?shù)恼蚱珘汉妥銐虻姆聪蚱珘海筰gbt可靠的開通和關(guān)斷，一般取正偏電壓為+15v，反偏電壓為-10v為宜。

    3)有足夠的輸入輸出電氣隔離能力，使信號電路與柵極驅(qū)動電路隔離，且具有靈敏的短路、過流保護(hù)功能。

    目前，專用的igbt驅(qū)動模塊都或多或少有一些缺陷，比如國內(nèi)廣泛應(yīng)用的exb系列igbt驅(qū)動模塊就有負(fù)偏壓較低（只有-5v），過流保護(hù)閾值電壓過高的缺點(diǎn)，因此，本系統(tǒng)未采用集成igbt驅(qū)動模塊，所設(shè)計的igbt驅(qū)動電路如圖2所示。

    其中hp3101是高速光耦，用于實現(xiàn)輸入輸出信號的電氣隔離，q1，q2組成功率放大電路，采用+15v和-10v雙電源供電，保證正負(fù)偏壓滿足要求。out1、out3來自圖1 igbt控制電路。

    3 igbt過流保護(hù)電路設(shè)計

    為了防止短路造成igbt模塊損壞，必須有完善的故障檢測和保護(hù)環(huán)節(jié)，及時檢測出過電流故障，并迅速關(guān)斷。本系統(tǒng)igbt過流保護(hù)電路如圖3所示。

    其中運(yùn)放c814組成電壓跟隨器，其輸入是來自電流互感器的輸出，兩個電壓比較器c271組成窗口電壓比較器，比較器的輸出經(jīng)施密特反相器連接到與門的輸入端。當(dāng)igbt沒有過流時，c814的輸入電壓比較低，窗口電壓比較器輸出為高電平，因此en信號為高電平，使igbt驅(qū)動信號有效，反之，當(dāng)igbt過流時，en信號變?yōu)榈碗娖剑怄i了igbt驅(qū)動信號而使igbt關(guān)斷，調(diào)節(jié)電位器vr2，可以改變過流閾值的大小。