專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于arm微處理器控制的igbt串聯(lián)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路。
背景技術(shù)：
絕緣柵極雙晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor—IGBT)是 2O 世紀(jì) 8O 年代誕生的一種新型電力電子器件，是一種將功率MOSFET和GTR集成在一個(gè)芯片上的復(fù)合 器件。其輸入極為M0SFET，輸出極為GTR。因此，IGBT兼有MOSFET的快速響應(yīng)、易于驅(qū)動(dòng) 以及GTR的高阻斷電壓、強(qiáng)載流能力的優(yōu)點(diǎn)。其工作頻率在幾十千赫茲以內(nèi)，目前已廣泛應(yīng) 用于各種功率變換器。IGBT最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論在導(dǎo)通狀態(tài)還是短路狀態(tài)下都可以承受電流 沖擊，而由于本身的關(guān)斷延遲時(shí)間很短，易于實(shí)現(xiàn)器件的串聯(lián)。盡管一些廠家研制了耐高壓IGBT模塊，如日本三菱公司研制的3. 3Kv/l. 2kA巨大 容量IGBT模塊。但由于其高昂的價(jià)格以及電壓電流的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，限制了應(yīng)用范圍。 實(shí)際中應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的IGBT系列仍然是600V、1200V以及1700V三個(gè)電壓等級(jí)的 系列，但較低的耐壓值限制了其在高壓設(shè)備中的應(yīng)用。利用IGBT串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)其在高壓條件 下的應(yīng)用是一種不錯(cuò)的解決方法。但由于IGBT特殊的結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)通與關(guān)斷均有一定的延遲 時(shí)間，容易產(chǎn)生電壓不均。這對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同時(shí)性以及IGBT過(guò)壓后的保護(hù)電路提出很高的 要求。因此，盡管關(guān)于IGBT串聯(lián)的理論有很多，但在IGBT串聯(lián)的實(shí)際應(yīng)用中，特別是多個(gè) (大于三個(gè))IGBT的串聯(lián)卻很少。因此設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定的、可靠的IGBT串聯(lián)電路顯得尤為重 要。實(shí)現(xiàn)IGBT的串聯(lián)，關(guān)鍵是要使所串聯(lián)的IGBT能同時(shí)通斷，這樣才能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均 壓。要使其能同時(shí)通斷，就必須有準(zhǔn)確無(wú)誤的驅(qū)動(dòng)電路以及可靠的IGBT保護(hù)電路。理想的IGBT驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能實(shí)現(xiàn)控制電路及與IGBT柵極的電隔離，同時(shí)要求在驅(qū) 動(dòng)電路內(nèi)部信號(hào)傳輸無(wú)延時(shí)或延時(shí)很短。M57962L是日本三菱公司開(kāi)發(fā)的用以驅(qū)動(dòng)N溝道 IGBT的驅(qū)動(dòng)器。內(nèi)部有2500V高隔離電壓的快速光耦，以及短路和過(guò)流保護(hù)電路。同時(shí)采 用雙電源供電結(jié)構(gòu)，確保IGBT的可靠通斷。其輸入端為T(mén)TL電平輸入接口，適于微機(jī)控制， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)最大延遲為1. 5 μ s。M57962L以其驅(qū)動(dòng)可靠、價(jià)格低廉而廣泛的應(yīng)用于IGBT驅(qū)動(dòng) 領(lǐng)域。脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常 有效的技術(shù)。PWM從處理器到被控系統(tǒng)是數(shù)字式的，讓信號(hào)保持?jǐn)?shù)字式可以將噪聲影響降到 最小。ARM微處理器S3C2410是韓國(guó)三星公司一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入 式微處理器，面向高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用，運(yùn)行頻率可達(dá)203Hz。S3C2410有5個(gè)16位定 時(shí)器，其中定時(shí)器0、1、2、3具有PWM功能，可編程控制輸出波形PWM。IGBT屬于電壓控制型器件。在它的柵-射極間加閥值電壓Uth以上的直流電壓 +Uge, IGBT即處于正向?qū)顟B(tài)。當(dāng)+Uge增大時(shí)，IGBT通態(tài)壓降下降，但其承受短路電流 的時(shí)間減小。當(dāng)柵-射極電壓為零時(shí)，IGBT即處于關(guān)斷狀態(tài)，為盡快抽取IGBT器件內(nèi)部的 存儲(chǔ)電荷，必須為其提供一個(gè)負(fù)偏壓-Uge。在實(shí)際應(yīng)用中+Uge —般選擇12-18V，-Uge 一般選擇-5—15V。另一影響IGBT通斷的重要因素是柵極串聯(lián)電阻Rg。Rg可以控制柵極電壓的前后沿陡度，進(jìn)而控制IGBT器件的開(kāi)關(guān)損耗。當(dāng)Rg增大時(shí)，可抑制柵極脈沖前后沿陡度和防止 振蕩，同時(shí)能減小IGBT集電極尖峰電壓；但當(dāng)Rg增大時(shí)，IGBT開(kāi)關(guān)時(shí)間延長(zhǎng)，損耗加大。 當(dāng)Rg減小時(shí)，可減小IGBT開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小損耗；但當(dāng)Rg太小時(shí)，可導(dǎo)致柵-射極之間振蕩， IGBT集電極di/dt增加，引起IGBT集電極尖峰電壓，使IGBT損壞。因此Rg值應(yīng)根據(jù)IGBT 電流容量和電壓額定值以及開(kāi)關(guān)頻率選取。IGBT的保護(hù)電路由IGBT過(guò)壓保護(hù)電路、柵極電阻、靜態(tài)均壓電阻共同組成。IGBT 的過(guò)壓保護(hù)電路是防止IGBT在串聯(lián)過(guò)程中，因電壓分配不均，使部分IGBT出現(xiàn)過(guò)壓而損 壞。IGBT的過(guò)壓保護(hù)電路，通常有三種RC緩沖電路、RCD緩沖電路、放電阻止型緩沖電路。 對(duì)緩沖電路的要求是(1)盡量減小主電路的分布電感；(2)吸收電容應(yīng)采用低感吸收電容；(3)吸收二極管應(yīng)選用快速開(kāi)通和快軟恢復(fù)二極管，以免產(chǎn)開(kāi)通電壓和反向恢復(fù) 引起較大的振蕩過(guò)電壓。當(dāng)把單個(gè)IGBT的輸入輸出在一塊電路板上實(shí)現(xiàn)，使其成為串聯(lián)電路中的一個(gè)模 塊，將更容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)IGBT的串聯(lián)。因此，RCD緩沖電路相比于放電阻止型緩沖電路雖然 功耗大，但是其電路結(jié)構(gòu)更適合運(yùn)用在多個(gè)IGBT的串聯(lián)中，更容易實(shí)現(xiàn)IGBT串聯(lián)電路的模 塊化設(shè)計(jì)。同時(shí)，RCD緩沖電路與RC緩沖電路相比，能夠回避IGBT開(kāi)通時(shí)的負(fù)擔(dān)問(wèn)題。因 此綜合考慮采用RCD緩沖電路作為IGBT的過(guò)壓保護(hù)電路。同時(shí)為了防止IGBT柵極擊穿，在IGBT的柵-射極間并聯(lián)了電阻；為了起到靜態(tài)均 壓的作用，在IGBT的集-射極間并聯(lián)了電阻。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路。利用 該電路能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)IGBT的串聯(lián)，使其能滿足高壓設(shè)備的應(yīng)用要求。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路，并將IGBT的驅(qū)動(dòng)電路和輸出電路模塊化，利用這些模塊來(lái)實(shí)現(xiàn) IGBT的串聯(lián)，根據(jù)需要的電壓要求來(lái)選擇需要串聯(lián)模塊的數(shù)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型包括ARM微處理器S3C2410PWM輸出電路、多個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路、與IGBT 驅(qū)動(dòng)電路相等個(gè)數(shù)的IGBT保護(hù)電路和與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相等個(gè)數(shù)的電壓監(jiān)控電路；ARM微 處理器S3C2410PWM輸出電路分別與各自的IGBT驅(qū)動(dòng)電路輸入端相連；其中每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng) 電路的有四個(gè)輸出端，第一個(gè)輸出端與IGBT的集電極相連，第二個(gè)輸出端與IGBT的柵極相 連，第三個(gè)輸出端與監(jiān)控電路的一端相連，第四個(gè)輸出端與IGBT的發(fā)射極和監(jiān)控電路的另 一端相連；第一個(gè)IGBT保護(hù)電路的一端與IGBT的集電極相連，并通過(guò)集電極與負(fù)載的一端 相連，負(fù)載的另一端與高壓電源的正端相連；第一個(gè)保護(hù)電路的另一端分別與第一個(gè)IGBT 的柵極和發(fā)射極相連，并通過(guò)發(fā)射極與第二個(gè)IGBT的集電極相連；前一個(gè)IGBT的發(fā)射極分 別與后一個(gè)IGBT的集電極相連，直到最后一個(gè)；最后一個(gè)IGBT保護(hù)電路的一端與最后一個(gè) IGBT的集電極相連，最后一個(gè)保護(hù)電路的另一端分別與最后一個(gè)IGBT的柵極和發(fā)射極相連，并通過(guò)的發(fā)射極接地，再接到高壓電源負(fù)端。所述的ARM微處理器S3C2410 PWM輸出電路由ARM微處理器S3C2410的內(nèi)部PWM定時(shí)器組成，發(fā)生器發(fā)出的PWM控制信號(hào)輸入到IGBT的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路包括IGBT驅(qū)動(dòng)器M57962L，DC/DC電源模塊，與非門(mén)U1A、 U1B，穩(wěn)壓二極管ZDl、ZD2、ZD3，隔離二極管VDl、VD2，電阻Rl、R2、Rg ；VD2的負(fù)極與IGBT 的集電極相連，ZD2的陽(yáng)極與IGBT的柵極相連，M57962L的14腳和U1B4011的一端分別與 ARM微處理器S3C2410PWM輸出電路相連，DC/DC電源模塊的1腳接外部直流源的正端，DC/ DC電源模塊2腳與電壓監(jiān)控電路的一端相連，DC/DC電源模塊的輸出端4腳和5腳與電壓 監(jiān)控電路的另一端相連，同時(shí)4腳與IGBT的發(fā)射極相連。所述的IGBT保護(hù)電路包括緩沖電阻R5、緩沖電容C、和快速恢復(fù)二極管fd組成， 柵極電阻為R3，靜態(tài)均壓電阻R4 ；R4的一端與IGBT的集電極相連，另一端與IGBT的發(fā)射 極相連，并連到R3的一端，R3的另一端與IGBT的柵極相連。所述的電壓監(jiān)控電路包括穩(wěn)壓二極管ZD4、ZD5、ZD6，發(fā)光二極管LED，快速光電耦 合器U3、U4，與非門(mén)U5A、U5B、U5C、U5D,電阻R6、R7。ZD6的陰極和LED的陰極分別與DC/ DC電源模塊的兩個(gè)輸出端5腳和4腳相連，U5D4011的輸出端與DC/DC電源模塊的輸入端 2腳相連，U5C4011的兩個(gè)輸入端接地。本實(shí)用新型具有的有益效果是1、每個(gè)IGBT都有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，這樣可以減小干擾，同時(shí)有利于實(shí) 現(xiàn)IGBT模塊化的串聯(lián)方式。2、采用DC/DC電源模塊的方式為M57962L供電。利用DC/DC電源模塊可以減少外 接供電電源，使電路在實(shí)際應(yīng)用中更加簡(jiǎn)介，降低成本。IGBT柵極和DC/DC電源模塊輸出端 的公共端相連，實(shí)現(xiàn)浮地。3、利用PWM技術(shù)控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比和頻率，可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT通斷過(guò)程中脈寬和頻率的調(diào)節(jié)。4、采用的電壓監(jiān)控電路能監(jiān)控電源模塊輸出電壓。當(dāng)IGBT被擊穿或部分擊穿時(shí)， 電源模塊輸出電壓發(fā)生變化，監(jiān)控電路自動(dòng)切斷電源模塊供電電壓，保護(hù)電源模塊。5、對(duì)十個(gè)IGBT的串聯(lián)電路進(jìn)行了仿真，得到了仿真波形圖十個(gè)IGBT串聯(lián)仿真的 各IGBT的柵-射極電壓波形、各IGBT的集電極電壓波形及各IGBT的集電極電流波形。通 過(guò)仿真，為模塊中各電器元件參數(shù)的選擇提供了參考，為實(shí)際串聯(lián)的實(shí)現(xiàn)提供了支撐。6、提供了模塊化的串聯(lián)方式、接線方法及串聯(lián)模塊的外型，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可 用于高壓設(shè)備。

圖1是本實(shí)用新型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型的IGBT驅(qū)動(dòng)電路圖。圖3是本實(shí)用新型的IGBT保護(hù)電路圖。圖4是本實(shí)用新型的電壓監(jiān)控電路圖。圖5是本實(shí)用新型的十個(gè)IGBT串聯(lián)仿真的各IGBT柵-射極電壓波形。圖6是本實(shí)用新型的十個(gè)IGBT串聯(lián)仿真的各IGBT的集電極電壓波形。[0035]圖7是本實(shí)用新型的十個(gè)IGBT串聯(lián)仿真的各IGBT的集電極電流波形。圖8是本實(shí)用新型的安裝設(shè)計(jì)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。圖1是本實(shí)用新型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。包括ARM微處理器S3C2410 PWM輸出電 路、多個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路、與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相等個(gè)數(shù)的IGBT保護(hù)電路和與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相 等個(gè)數(shù)的電壓監(jiān)控電路；ARM微處理器S3C2410 PWM輸出電路分別與各自的IGBT驅(qū)動(dòng)電路 輸入端相連；其中每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路的有四個(gè)輸出端，第一個(gè)輸出端與IGBT的集電極相 連，第二個(gè)輸出端與IGBT的柵極相連，第三個(gè)輸出端與監(jiān)控電路的一端相連，第四個(gè)輸出 端與IGBT的發(fā)射極和監(jiān)控電路的另一端相連；第一個(gè)IGBT保護(hù)電路的一端與IGBT的集電 極相連，并通過(guò)集電極與負(fù)載的一端相連，負(fù)載的另一端與高壓電源的正端相連；第一個(gè)保 護(hù)電路的另一端分別與第一個(gè)IGBT的柵極和發(fā)射極相連，并通過(guò)發(fā)射極與第二個(gè)IGBT的 集電極相連；前一個(gè)IGBT的發(fā)射極分別與后一個(gè)IGBT的集電極相連，直到最后一個(gè)；最后 一個(gè)IGBT保護(hù)電路的一端與最后一個(gè)IGBT的集電極相連，最后一個(gè)保護(hù)電路的另一端分 別與最后一個(gè)IGBT的柵極和發(fā)射極相連，并通過(guò)的發(fā)射極接地，再接到高壓電源負(fù)端。需 要串聯(lián)的IGBT個(gè)數(shù)由所選IGBT的正常工作電壓和高壓電源的電壓決定。每個(gè)IGBT都有獨(dú) 立的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，這樣可以減小干擾，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)IGBT模塊化的串聯(lián)方式。 驅(qū)動(dòng)電路所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由S3C2410定時(shí)器組成的PWM輸出電路提供，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 的占空比和頻率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT通斷過(guò)程中脈寬和頻率的調(diào)節(jié)。電壓監(jiān)控電路用于監(jiān)控 IGBT柵-射極電壓。圖2是本實(shí)用新型的IGBT驅(qū)動(dòng)電路圖。本實(shí)用新型采用M57962L為IGBT驅(qū)動(dòng)器。 它采用雙電源驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成有2500V高隔離電壓的光耦合器、過(guò)電流保護(hù)電路、過(guò)電 流保護(hù)輸出信號(hào)端子和與TTL電平相兼容的輸入接口。使用M57962L需要選擇合適的柵極電阻Rg。Rg越大，IGBT開(kāi)關(guān)時(shí)間越長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)損 耗越大，但可減小di/dt。Rg越小，IGBT開(kāi)關(guān)時(shí)間越短，開(kāi)關(guān)損耗越小，但di/dt增加，引起 IGBT集電極尖峰電壓。為防止Itff超過(guò)極限值(Icmax = 5A)，Rg的選取可依據(jù)公式Rg= (UCC+UEE)/I0PUcc和Uee分別為M57962L4腳和6腳的輸入電壓，其推薦值Ucc = 15V, Uee = -IOV0 由于M57962L采用雙電源供電方式，使得IGBT能可靠通斷。電源的功率必須能夠驅(qū)動(dòng)IGBT， IGBT的驅(qū)動(dòng)功率可按公式<formula>formula see original document page 6</formula>公式中Cin為等效放電電容，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，一般Cin = 5Ciss，Ciss可從廠家提供的 IGBT參數(shù)資料中得到。電源的功率一般為1. 5P-2P。DC/DC電源模塊是M57962L的供電電源。供電電源為士 12V輸出。利用電源模塊 可以減少外接供電電源，使電路在實(shí)際應(yīng)用中更加簡(jiǎn)介，成本也更低。圖2所示的U1A、U1B為兩個(gè)與非門(mén)。U2為快速光耦。圖2所示二極管VDl、VD2可使用1N4007，起隔離作用。當(dāng)IGBT過(guò)載時(shí)，VDU VD2截止。[0048]圖2所示穩(wěn)壓二極管ZDl用于防止VD1、VD2基穿而損壞驅(qū)動(dòng)器。穩(wěn)壓二極管ZD2、 ZD3組成限幅器，以確保IGBT的柵極不被擊穿。圖3是本實(shí)用新型的IGBT保護(hù)電路圖，它由IGBT過(guò)壓保護(hù)電路、柵極電阻、靜態(tài) 均壓電阻共同組成。圖3所示的過(guò)壓保護(hù)電路由緩沖電阻R5、緩沖電容C、快速恢復(fù)二極管fd組成。 緩沖電阻R5可按公式R5=l/(6C*f)緩沖電容C可按公式C = LI2/ (Uc-U)2公式中f為開(kāi)關(guān)頻率，L為主電路雜散電感，Uc為C上最大充電電壓，U為電源電壓?？焖倩謴?fù)二極管fd應(yīng)該選擇過(guò)渡正向電壓低，反向恢復(fù)時(shí)間短、逆向恢復(fù)特性較 軟的二極管。圖3所示的R3是柵極電阻，其作用是保護(hù)IGBT的柵極不被擊穿。圖3所示的R4是靜態(tài)均壓電阻。其作用是IGBT在不工作狀態(tài)下的均壓作用。圖4是本實(shí)用新型的電壓監(jiān)控電路圖。電壓監(jiān)控電路用于監(jiān)控電源模塊輸出端的 電壓。ZD6和LED組成工作指示電路。當(dāng)IGBT柵-射極電壓正常時(shí)，LED發(fā)光。ZD4、ZD5， 快速光電耦合器U3、U4，與非門(mén)U5A、U5B、U5C、U5D,電阻R6、R7組成反饋電路。當(dāng)IGBT被 擊穿或部分擊穿，電源模塊輸出電壓發(fā)生變化，若繼續(xù)供電將損壞電源模塊。反饋電路判斷 其電壓是否正常，不正常時(shí)切斷電源模塊供電，同時(shí)返回信號(hào)給S3C2410，S3C2410顯示報(bào) 警并且告訴用戶出現(xiàn)故障的IGBT。圖5是本實(shí)用新型的十個(gè)IGBT串聯(lián)仿真的各IGBT柵-射極電壓波形。圖5示出 了該驅(qū)動(dòng)電路能產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖的波形。圖6是本實(shí)用新型的十個(gè)IGBT串聯(lián)仿真的各IGBT的集電極電壓波形。十個(gè)IGBT 串聯(lián)時(shí)，高壓電源的電壓為10000V，每個(gè)IGBT集-射極間應(yīng)承受1000V電壓，圖6示出了其波形。圖7是本實(shí)用新型的十個(gè)IGBT串聯(lián)仿真的各IGBT的集電極電流波形。當(dāng)采用阻 值為200Ω的純電阻作為負(fù)載時(shí)，每個(gè)IGBT上均有相同的電流通過(guò)，電流的峰值為50A。圖 7示出了其波形。圖8是本實(shí)用新型的安裝設(shè)計(jì)圖。圖4示出了該串聯(lián)模塊的基本外型。一個(gè)串聯(lián) 模塊有一個(gè)輸入端和輸出端。每個(gè)模塊有四個(gè)固定孔，用以固定模塊。安裝時(shí)可將模塊重
疊安裝。本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下ARM微處理器S3C2410定時(shí)器發(fā)出PWM信號(hào)作為M57962L的輸入信號(hào)。信號(hào)的高壓端接14腳，低壓端接UlB的輸入端。DC/DC電源模塊為M57962L提供雙電源供電。當(dāng)IGBT 模塊過(guò)載，集電極電壓上升至15V以上時(shí)，隔離二極管VD1、VD2截止，M57962L的1腳為15V 高電平，則將M57962L的5腳置為低電平，使IGBT截止，同時(shí)將8腳置為低電平，使光電耦 合器工作，以驅(qū)動(dòng)外接電路將輸入端13腳置為高電平。R3是IGBT的柵極電阻，R4是IGBT 靜態(tài)均壓電阻。R5、C、fd組成RCD緩沖電路，作為IGBT的過(guò)壓保護(hù)電路。[0066]ZD6和LED組成工作指示電路，ZD6為IOV穩(wěn)壓管反接形成，起降壓作用，即降壓 10V，保證LED能正常工作，當(dāng)輸出大于11. 5V時(shí)，LED發(fā)光，顯示電源模塊工作狀態(tài)。ZD4和ZD5分別為IOV和5V的穩(wěn)壓管，作用同ZD6。DC/DC模塊工作正常時(shí)，輸出 電壓為士 12V，由于是對(duì)稱(chēng)輸出，所以只需監(jiān)控12V輸出端。即電源模塊的5腳。當(dāng)其正常 時(shí)，光電耦合器U3、U4導(dǎo)通，通過(guò)與非門(mén)U5A和TOB的作用，在TOB的輸出端得到“1”;同時(shí) 電源模塊接地端(DC/DC 2腳)經(jīng)過(guò)與非門(mén)U5C作用，在U5C的輸出端得到“1”，這樣U5D的 輸出端到低電平“0”輸入到DC/DC模塊，使得DC/DC有5V的輸入，能維持電源模塊工作。電源模塊工作前，即DC/DC得3、4、5腳均無(wú)電壓，此時(shí)兩個(gè)光電耦合器均不導(dǎo)通， 但是通過(guò)U5A和TOB，仍然能在TOB的輸出端得到“ 1 ”，這樣就能使電源模塊自動(dòng)供電。若電源模塊工作后，IGBT出現(xiàn)了擊穿或部分擊穿現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)證明DC/DC模塊的輸 出電壓將介于5 IOV之間，此時(shí)光電耦合器U3無(wú)法導(dǎo)通，但U4能夠?qū)?，通過(guò)U5A和TOB 作用，在TOB的輸出端得到“0”，則TOD的4腳輸出“1”，DC/DC模塊無(wú)輸入電壓。即起到了 切斷電源模塊供電電源的作用。同時(shí)返回信號(hào)給S3C2410，S3C2410顯示報(bào)警并且告訴用戶 出現(xiàn)故障的IGBT。
權(quán)利要求一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路，其特征在于包括ARM微處理器S3C2410PWM輸出電路、多個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路、與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相等個(gè)數(shù)的IGBT保護(hù)電路和與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相等個(gè)數(shù)的電壓監(jiān)控電路；ARM微處理器S3C2410PWM輸出電路分別與各自的IGBT驅(qū)動(dòng)電路輸入端相連；其中每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路的有四個(gè)輸出端，第一個(gè)輸出端與IGBT的集電極相連，第二個(gè)輸出端與IGBT的柵極相連，第三個(gè)輸出端與監(jiān)控電路的一端相連，第四個(gè)輸出端與IGBT的發(fā)射極和監(jiān)控電路的另一端相連；第一個(gè)IGBT保護(hù)電路的一端與IGBT的集電極相連，并通過(guò)集電極與負(fù)載的一端相連，負(fù)載的另一端與高壓電源的正端相連；第一個(gè)保護(hù)電路的另一端分別與第一個(gè)IGBT的柵極和發(fā)射極相連，并通過(guò)發(fā)射極與第二個(gè)IGBT的集電極相連；前一個(gè)IGBT的發(fā)射極分別與后一個(gè)IGBT的集電極相連，直到最后一個(gè)；最后一個(gè)IGBT保護(hù)電路的一端與最后一個(gè)IGBT的集電極相連，最后一個(gè)保護(hù)電路的另一端分別與最后一個(gè)IGBT的柵極和發(fā)射極相連，并通過(guò)的發(fā)射極接地，再接到高壓電源負(fù)端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路，其特征在于 所述的ARM微處理器S3C2410PWM輸出電路由ARM微處理器S3C2410的內(nèi)部PWM定時(shí)器組 成，發(fā)生器發(fā)出的PWM控制信號(hào)輸入到IGBT的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路，其特征在于 所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路包括IGBT驅(qū)動(dòng)器M57962L，DC/DC電源模塊，與非門(mén)U1A、U1B，穩(wěn)壓二 極管ZDU ZD2、ZD3，隔離二極管VDU VD2，電阻RU R2、Rg ；VD2的負(fù)極與IGBT的集電極相 連，ZD2的陽(yáng)極與IGBT的柵極相連，M57962L的14腳和U1B4011的一端分別與ARM微處理 器S3C2410PWM輸出電路相連，DC/DC電源模塊的1腳接外部直流源的正端，DC/DC電源模塊 2腳與電壓監(jiān)控電路的一端相連，DC/DC電源模塊的輸出端4腳和5腳與電壓監(jiān)控電路的另 一端相連，同時(shí)4腳與IGBT的發(fā)射極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路，其特征在于 所述的IGBT保護(hù)電路包括緩沖電阻R5、緩沖電容C、和快速恢復(fù)二極管fd組成，柵極電阻 為R3，靜態(tài)均壓電阻R4 ；R4的一端與IGBT的集電極相連，另一端與IGBT的發(fā)射極相連，并 連到R3的一端，R3的另一端與IGBT的柵極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路，其特征在于 所述的電壓監(jiān)控電路包括穩(wěn)壓二極管ZD4、ZD5、ZD6，發(fā)光二極管LED，快速光電耦合器U3、 U4，與非門(mén)U5A、U5B、U5C、U5D，電阻R6、R7。ZD6的陰極和LED的陰極分別與DC/DC電源模 塊的兩個(gè)輸出端5腳和4腳相連，U5D4011的輸出端與DC/DC電源模塊的輸入端2腳相連， U5C4011的兩個(gè)輸入端接地。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于ARM微處理器控制的IGBT串聯(lián)電路。該串聯(lián)電路包括ARM微處理器S3C2410PWM輸出電路、多個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路、與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相等個(gè)數(shù)的IGBT保護(hù)電路和與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相等個(gè)數(shù)的電壓監(jiān)控電路，并對(duì)十個(gè)IGBT串聯(lián)電路進(jìn)行了仿真；安裝設(shè)計(jì)圖為實(shí)際應(yīng)用接線方式。S3C2410定時(shí)器發(fā)出PWM信號(hào)為驅(qū)動(dòng)器M57962L的輸入信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路準(zhǔn)確控制IGBT開(kāi)斷。保護(hù)電路由IGBT過(guò)壓保護(hù)電路、柵極電阻、靜態(tài)均壓電阻組成，可保護(hù)IGBT的正常工作。電壓監(jiān)控電路監(jiān)控M57962L供電電源模塊的電壓，使電路正常工作。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)多個(gè)IGBT的串聯(lián)，可用于高壓設(shè)備。
文檔編號(hào)H02M3/155GK201570979SQ20092020146
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者余琳, 劉孔絢, 王劍平, 蓋玲, 黃康 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)