摘要：介紹了中頻加熱系統中igbt控制、驅動及保護電路的工作原理，詳細論述了以集成鎖相環lm565為核心元件的igbt互補對稱控制信號產生電路、高速光耦hp3101實現的igbt驅動與隔離電路以及用電流互感器和窗口電壓比較器實現的igbt過流保護電路的設計方法。

    關鍵詞：igbt；驅動電路；保護電路

    絕緣柵雙極型晶體管igbt兼有功率三極管和場效應管的優點，即電壓驅動，輸入阻抗高，飽和壓降低，開關頻率高等。這些優點使得igbt在電力電子技術、電氣傳動、開關電源等場合有著廣泛的應用。本文介紹的中頻加熱系統是將三相交流電經過可控硅橋式全控整流濾波后變為幅度可調的直流電，然后通過逆變器變為6 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、驅動及保護電路的設計方法作詳細論述。

    1 igbt控制電路設計

    中頻加熱系統中逆變器的作用是將直流電變為6 khz的中頻電源。本系統中是用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生2路互補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是集成鎖相環電路，其功能是提供頻率穩定的方波信號，通過調節電位器vr1即可改變lm565的輸出頻率。lm565的輸出信號經過施密特反相器74hc14連接到d觸發器74hc74的時鐘端，d觸發器的輸出經過整形后加到與門74hc08的輸入端，從輸出端out1、out2、out3、out4即可得到2路互補方波信號。其中out1、out2為一組，out3、out4為另一組分別加到igbt驅動電路的輸入端。該電路從設計上保證了兩路信號在任何情況下都是互補的，這就避免了igbt橋直通現象的發生，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en＝1則有控制信號輸出，而當�〆n＝0則沒有輸出，其目的是對igbt進行過流保護。

    2 igbt驅動電路設計

    為保證igbt可靠工作，其驅動電路應滿足如下要求：

    1）動態驅動能力強，能為igbt柵極提供驅動脈沖，使igbt迅速導通。

    2）能向igbt提供適當的正向偏壓和足夠的反向偏壓，使igbt可靠的開通和關斷，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動電路隔離，且具有靈敏的短路、過流保護功能。

    目前，專用的igbt驅動模塊都或多或少有一些缺陷，比如國內廣泛應用的exb系列igbt驅動模塊就有負偏壓較低（只有-5v），過流保護閾值電壓過高的缺點，因此，本系統未采用集成igbt驅動模塊，所設計的igbt驅動電路如圖2所示。

    其中hp3101是高速光耦，用于實現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，保證正負偏壓滿足要求。out1、out3來自圖1 igbt控制電路。

    3 igbt過流保護電路設計

    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環節，及時檢測出過電流故障，并迅速關斷。本系統igbt過流保護電路如圖3所示。

    其中運放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，比較器的輸出經施密特反相器連接到與門的輸入端。當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驅動信號有效，反之，當igbt過流時，en信號變為低電平，封鎖了igbt驅動信號而使igbt關斷，調節電位器vr2，可以改變過流閾值的大小。