2024年4月5日发(作者：俞思)
门极驱动板原理说明
香港地铁门极驱动板主要为逆变器IGBT模块提供各IGBT管的门极驱动电
路，并为IGBT管提供故障检测功能。
该板由三相完全相同的电路组成（R相，S相，T相），每一相有A、B两路
分别对应每一相的上管与下管。下面取其中一相（T相）进行说明：
T相电路主要由三个功能块构成：1. 门极驱动板电源电路；为门极驱动提
供电源。2. 门极驱动板脉冲分配电路；控制T相上管与下管的开通关断时间，
死区时间及最小导通时间等。3. 门极驱动板故障检测电路。当某管通过电流过
大时能及时检测到，并采取对该管的保护措施。下面分别对以上三个功能进行详
细描述：
1.门极驱动板电源电路
门极驱动板电源电路主要为IGBT管提供+15V及-6V的门极导通，关断电源，
同时也为门极驱动板上各芯片提供工作电源。该板通过变压器T21及T22实现高
压端与低压端的隔离，其中变压器T21的次边电路为TB管提供电源，变压器T22
的次边电路为TA管提供电源。由于变压器T21的次边电路与变压器T22的次边
电路完全相同，所以就以变压器T21的原边及次边电路为例进行说明：
1.1 门极驱动板变压器T21的原边端电路（即低电压端电路）
该电路如图1所示：
N13
1
2
+15
3
D15
2
1
9
16
3
4
7
5
6
12
+V
-V
COMP
VREF
SYNC
OSC
DISC
CT
RT
GND
VCC
VC
OUTA
OUTB
SD
CSS
15
13
11
14
10
8GND
D
C121
GNDGNDGND
R128
V11
GND
GND
T22-6
T22T22-4
T22-4
C124
36T21-6
T21-6
GND4
NCNC
8
7
+15
6
5
C123
V10
1T214T21-4
T21-4
+15
INAOUTA
GNDVDD
INBOUTB
GND
R121
C129
R123
T22-6
GND
图1
该电路主要由PWM控制器D15，场效应管驱动器N13及场效应管V10,V11
构成，为变压器次边提供电源。
当D15芯片(PWM控制器)的15脚输入+15V电压时，此芯片开始工作，在其
输出口11脚（OUTA）与14脚(OUTB)产生如图2所示电压波形：
15V
D15-11
0V
T
2.7us3.9us
15V
D15-14
0V
15V
N13-5
0V
该脉冲电源
周期为6.6us,该
脉冲电源OUTA与
OUTB间的死区时
间为T=600ns.
OUTB(D15-14)脚
输出波形通过场
效应管驱动器
N13,输出图2所示
反相波形。当
OUTA(D15-11)脚
输出高电平时,场
效应管V11导通,
此时
OUTB(D15-14)脚
输出低电平，场效
应管V10关断。
图2
电容C123，C124上的电压通过变压器T21，T22的原边及场效应管V11放电。
当OUTB(D15-14)脚输出高电平时, 场效应管驱动器 N13-5脚输出低电平，
场效应管V10导通；此时OUTA(D15-11)脚输出低电平，场效应管V11关断。15V
电压通过场效应管V10，变压器T21，T22的原边对电容C123,C124进行充电。
OUTA与OUTB间的死区时间T用于防止场效应管V10，V11的同时导通。
就这样，通过场效应管V10，V11不断的交替导通，在变压器T21，T22的
次边产生交流电压其有效值为32V，为变压器T21，T22的次边电路提供电源。
电阻R128构成故障检测电路中的监测电压，当电阻R128两端电压高于1V时（即
图1中D点电压），故障检测电路报故障。
1．2门极驱动板变压器T21的次边端电路（即高电压端电路）
该电路如图3所示：
V156
N100
2
V150V151
Vin
A
D
J
+15V1
+Vout
3
MP11
R152
R153
C152
C154C155
MP12
T21-4
T21-4
C150C151
1
C153
V157
GND1
T21-6
T21-6
R151
V152
V154V155
R150
V153
-6
MP13
A
图3
该电路主要由一个全波整流电路及稳压器N100组成。变压器T21的次边产
生交流32V电压经四个肖特基二极管（V150,V151,V152,V153）构成的全波整流
电路整流后，在稳压器N100的1脚与2脚间产生27V直流电压，经稳压器N100
稳压后得到21V直流电压。取图3中MP12点为变压器次边电路（高压侧电路）
中的地GND1，该GND1经稳压管V157在MP13点得到-6V1电压，在MP11点得到
+15V1电压。此MP11,MP12,MP13三点间的电压差即为变压器T21的次边电路提
供给各芯片工作的电源，及IGBT管导通和关断的电压。
快速恢复二极管V154,V155构成IGBT管保护电路，具体信号流程见后续说
明。
2. 门极驱动板脉冲分配电路
该门极驱动板脉冲分配电路由IGBT管死区时间调整电路；IGBT管最小导通
时间电路；IGBT管门极触发电路三部分组成。下面分别对三部分电路作具体说
明：
2．1 IGBT管死区时间调整电路
该电路图如图4所示：
Con1
PWM
D11A
1
3
2
13
3
D11C
8
EN
ENABLE
TA
R108
V101
10
9
GND
GND4
12
112
D11D
1
NC
N10
NC
8
7
+15
6
5
C104
TBR105
V100
D12A
1
3
INAOUTA
GNDVDD
INBOUTB
V102
+15
R106
2
+15
D13A
2
C119
1
4
5
3
Q
C
A
B
Q
7
6
RCVCC
16
D12B
B
V103
5
6
4
+15
R109
C105
CLRGND
8
GND
C
GND
图4
enable信号为门极驱动板允许发脉冲信号+15V有效，con1信号为由控制系
统输入的PWM波形，用于控制IGBT管的导通关断。当enable信号为+15V时，
设在con1信号端输入如图5所示的波形，该波形频率为150HZ。
3.3ms3.3ms
15V
CON1
0V
15V
D11-11
0V
15V
D11-10
0V
15V
D12-1
0V
T1
15V
D12-6
0V
T1
15V
D12-3(B)
0V
15V
D12-4(C)
0V
15V
D13-7
图5
该
con1信号波形输
入后，经过与非门电路
（CD4093）D11，在D11
的11脚与10脚输出如图
5所示的波形，该波形分
别控制IGBT模块的T相，
其中D11-11脚控制T相
的TB管，D11-10脚控制
T相的TA管。
当D11-11脚由低电
平升为高电平时，场效应
管驱动器（TC4423）N10
的7脚输出低电平，电容
C104的电压通过二极管
V100电阻R106迅速放
电，放电时间约为10ns,
将D12的1脚降为低电
平，D12-3脚为高电平，
产生关断TB管的电平；
同时在D11-10脚电压由
高电平降为低电平，场效
应管驱动器（TC4423）N10
的5脚输出高电平，此电
压通过电阻R108对电容
C105充电，充电时间为
t=RC,约为10us, 将D12
的6脚升为高电平，D12-4
脚为低电平，产生导通TA
管的电平。由于对电容
C104的放电时间与对电
容C105的充电时间有差
别，于是在与非门电路
D12的3脚与4脚间有一
个同时为高电平的时间
T1，此时间即为TA管与
TB管的死区时间。如图5
所示。
当D11-10脚由低电平升为高电平时，分析方法与上述相同。
在D12-3脚由低电压转变为高电压的上升沿（或D12-4脚由低电压转变为
高电压的上升沿），触发单稳态触发电路D13的4脚，在D13的7脚产生一个负
脉宽的脉冲信号，其宽度为T1(10us)左右；此负脉宽的脉冲信号输入到与非门
芯片D12的2脚与5脚用于防止在IGBT管死区时间内产生的意外干扰。
2．2 IGBT管最小导通时间电路
IGBT模块每一相上管与下管IGBT管最小导通时间电路相同，下面我们以
TB管为例进行说明：电路图如图6所示：
+15
R115
14
C108
15
12
11
+15
13
B
RC
D14B
VCC
16
N11
1
Q
C
A
B
CLR
Q
913
11
12
GND
8
R117
GND4
10
2
D12D
3
NCNC
8
C111
7
+15
6
51
3
INAOUTA
GND
INB
VDD
OUTB
.
T11
.
6T11-6
T11-6
4T11-4
T11-4
V104
R116
GNDGND
图6
图中B点为图4中D12-3脚的输出B点，当B点电压由高电平下降为低电
平时，在单稳态触发电路D14的11脚产生一个下降沿触发，使D14的9脚输出
一个6μs的负脉冲波形，此即为IGBT管的最小导通时间，波形如图7所示：
D14：9
t4
t
1
t
图7
t
进行调节。 此负脉冲宽度可通过电阻R115与电容C108
2．3 IGBT管门极触发电路
由于每个IGBT管的触发电路基本相同，下面以TB管触发电路为例进行说
明：
TB管的触发电路由变压器T11将电路分为低压侧电路与高压侧电路，下面
分别进行说明：
a. 变压器T11的原边侧电路（低压侧电路）
该电路如图6所示，当B点电压由高电平下降为低电平时，经过与控制最
小导通时间的D14的9脚相与，在与非门电路D12的11脚输出高电平送入N11
的2脚，经场效应管驱动器N11在N11的7脚输出低电平，此时N11的4脚也为
低电平0V，于是在N11的5脚产生高电平+15V;由于电容C111上的电压不能突
变，所以电容C111两端的电压仍然为0V,变压器T11的原边端1脚电压比3脚
高15V，N11的5脚高电压通过变压器T11的原边对电容C111进行充电，直至电
容C111两端电压为15V,充电过程结束，此时变压器T11的原边端压降为0V。此
次过程将在变压器T11的次边产生一个正脉冲（即变压器T11的6脚电压高于4
脚）的过程。
当B点电压由低电平上升为高电平时，经过与控制最小导通时间的D14的9
脚相与（由低电平上升为高电平不触发单稳态触发电路D14的11脚），在与非门
电路D12的11脚输出低电平送入N11的2脚，经场效应管驱动器N11在N11的
7脚输出高电平，N11的7脚电压经稳压管V104稳压后在N11的4脚得到一高电
平8.7V，于是在N11的5脚产生低电平0V;由于电容C111上的电压不能突变，
所以电容C111两端的电压仍然为15V,变压器T11的原边端1脚电压比3脚低
15V，高电压电容C111通过变压器T11的原边及N11的5脚进行放电，直至电容
C111两端电压为0V,放电过程结束，此时变压器T11的原边端压降为0V。此次
过程将在变压器T11的次边产生一个负脉冲（即变压器T11的6脚电压低于4
脚）的过程。
以上两过程即为B点一个周期内变压器T11的原边侧脉冲触发电路（低压
侧电路）的变换过程。
b. 变压器T11的次边侧电路（高压侧电路）
该电路如图8所示：
F
V160
+15V1
+15V1
GND1
V158
V
C
G
C
N
D
A
R159
N102
4
INB
GND
INA
NC
OUTB
VDD
OUTA
NC
5
+15V1
6
7
8
C161
V15
7
D100A
2
1
D100B
36
4
5
1
1
4
3
GND12
R160
-6
T11-6
T11-6
C156
R154
R156
R155
+15V1
V159
R157
GND1
-6
R158
+15V1
R173
V169
V16
V167
T11-4
T11-4
+15V1
GND1
G
G
R176
R177
R171
V17
R178
TB
C
G
GND1(E)
4
3
2
1
R172
GND1
GND1
-6
-6
H
图8
该电路图中A点与图3中A点相连；F点和H点来至门极驱动板保护电路，
当IGBT管无故障时，F点为高电平，输入到场效应管驱动器N102的4脚，N102
的5脚输出低电平，+15V1电流经发光二极管V160电阻R150流向N102的5脚，
使发光二极管V160点亮，表示变压器次边端电路工作正常。此时电容C161两端
电压降为6V,CMOS管V15的G极与S极间压降为0V，V15管S极与D极不导通。
当IGBT管有故障时，F点为低电平，一路输入到D100的2脚用于封锁IGBT
管门级导通控制信号，一路输入到场效应管驱动器N102的4脚，N102的5脚输
出高电平，发光二极管V160两端电压降为0V，无电流流过发光二极管V160，V160
不发光，表示IGBT管有故障或变压器次边端电路故障。由于电容C161两端电压
不能突变,所以电阻R160两端瞬间有21V电压，使V15管S极与D极导通，A点
电压降为0V，使图3中二极管V154，V155导通，变压器T21次边瞬间产生大电
流，该大电流引起变压器T21原边也会产生大电流，引起图1中D点电位升高，
在变压器原边保护电路中产生故障反馈信号。由于电容C161容值小，电阻R160
阻值也较小，很快V15管G极与S极压降为0V，关断V15管。A点电位被抬高，
二极管V154，V155关断，变压器T21次边电压继续被V150，V151，V152，V153
整流，恢复正常工作状态。
下面分析变压器T11次边的脉冲控制电路原理：
由a节部分我们了解到当变压器T11原
边3脚产生一个负脉宽时，在变压器T11次
边的6脚产生一个相反的正脉宽（如图9所
示），由于二极管V158的嵌位作用，在与非
门电路D100的1脚产生一个最高电压为
15V1的高电平，经过与非门电路后在其D100
的4脚输出15V1高电平，此高电平通过电阻
R158反馈回D100的1脚，保持D100的1脚
仍为高电平直至在变压器T11的6脚出现负
脉冲为止。在D100的4脚为高电平时，在驱
动场效应管控制器N102的7脚产生0V1低电
平，使场效应管V16的G极为0V1，由于场
效应管V16为IRF9540，当G极电压低于S
极电压时，V16管的S极与D极电压相等，
于是V16管S极的15V1电压加到了TB管
（IGBT管）的G极，TB管的G极与E极之间
有15V电压，TB管导通。由于N102的7脚
为低电平，通过稳压管V169在场效应管V17
的G极产生-6V电压，场效应管V17为
IRF540，当G极电压与S极电压相同时，V17
管的S极与D极关断。
当变压器T11原边3脚产生一个正脉宽
时，在变压器T11次边的6脚产生一个相反
的负脉宽（如图9所示），由于二极管V159
15V
8V
T11-6
0V
15V
13V
D100-1
2V
0V
15V
D100-4
0V
15V
N102-7
0V
15V
V168-A
0V
-6V
图9
的嵌位作用，在与非门电路D100的1脚产生一个最低电压为0V1的低电平，经
过与非门电路后在其D100的4脚输出0V1低电平，此低电平通过电阻R158反馈
回D100的1脚，保持D100的1脚仍为低电平直至在变压器T11的6脚出现正脉
冲为止。在D100的4脚为低电平时，在驱动场效应管控制器N102的7脚产生
15V1高电平，使场效应管V16的G极为15V1，关断场效应管V16，由于N102的
7脚为高电平，通过稳压管V169在场效应管V17的G极产生9V电压，场效应管
V17为IRF540，当G极电压高于S极电压时，V17管的S极与D极相等，于是V17
管S极的-6V1电压加到了TB管（IGBT管）的G极，TB管的G极与E极之间有
-6V1电压，TB管关断。以上即为TB管（IGBT管）一次导通，关断的全过程。
3. 门极驱动板故障检测电路
门极驱动板故障检测电路也分为高压端电路及低压端电路部分；高压端部
分主要对TB管（IGBT管）的C极电压进行实时监测，当TB管过流时，TB管的
C极与E极间的电压必将升高，我们就是利用的监测该点电压来进行TB管过流
保护的。低电压端电路部分主要是负责将高压端所产生的故障处理成控制系统能
采集到的信号送入控制系统。下面分别进行说明：
a.高压端电路部分（电路如图10）
-6
+15V1
C164
+15V1
R164
4
F
H
GND1
V161V162
R161
R162
R163
R165
R166
3
2
1
N101
7
MP14
C
C
V164V166
865
GND1GND1+15V1
R169
GND1
图10
图中F点即为图8中的F点（低电平为故障信号）；H点也与图8中H点
相连。该电路主要由比较器N101构成，若图8中，N102的7脚输出为高电平
(+15V1),则H点电压为14.3V,即N101的2脚为14.3V，2脚电压高于3脚，在
N101的7脚产生+15V高电压，通过F点送入图8中，发光二极管V160亮。
当N102的7脚输出为低电平时，H点的电压由稳压管V166，电阻R166,R169
决定；此时在比较器N101的2脚产生的电压为5.5V；N1013脚的电压由TB管
的C,E极电压决定。当TB管的C,E极电压小于4.3V时，即比较器N101的3
脚电压小于2脚，N101的7脚仍产生+15V1高电压；当TB管的C,E极电压高
于4.3V时，即比较器N101的3脚电压高于2脚，N101的7脚仍产生0V1低电
压，通过图8中N102的5脚触发场效应管V15导通，产生故障信号。
b.低压端电路部分(电路如图11所示)
+15+15+15
R131
R132
R133
D13B
14
RC
10
R134
Fb1
故障
V106
D
V13
C127
15
Q
C
A
B
CLR
QR130
V12
+15
12
11
13
9
V14
GND
GND
图11
当图8中的场效应管V15导通时，在变压器T21的次边产生大电流，反馈
回变压器T21的原边，图1中的D点电压被抬高到1V左右，此电压触发三极
管V12导通，使三极管V13的门极B极电压拉低，三极管V13关断，三极管
V13的集电极C极电压升高，在单稳态触发电路D13的12脚产生一个上升沿，
触发单稳态触发电路D13，在D13的10脚输出一正脉宽脉冲，其正脉宽宽度为
500us，触发三极管V14导通，FB1点电压下降为0V并持续500us，此信号表示
该路IGBT管有故障。FB1点波形如下所示：
t
15V
t
j
0V t
当图8中的场效应管V15关断时，在变压器T21的次边电路正常工作，图
1中的D点电压低于0.6V左右，此电压关断三极管V12，使三极管V13的门极
B极电压抬高，三极管V13导通，三极管V13的集电极C极电压降低为0V，不
触发单稳态触发电路D13的12脚，在D13的10脚输出低电平0V，关断三极管
V14，FB1点电压维持在15V，表示该路IGBT管无故障输出。FB1点波形如下
所示：
U
15V
0V t
t
以上即为门极驱动板T相的电路原理说明，其他两相的电路原理与该相的
相同，可参考该相说明。
2024年4月5日发(作者：俞思)
门极驱动板原理说明
香港地铁门极驱动板主要为逆变器IGBT模块提供各IGBT管的门极驱动电
路，并为IGBT管提供故障检测功能。
该板由三相完全相同的电路组成（R相，S相，T相），每一相有A、B两路
分别对应每一相的上管与下管。下面取其中一相（T相）进行说明：
T相电路主要由三个功能块构成：1. 门极驱动板电源电路；为门极驱动提
供电源。2. 门极驱动板脉冲分配电路；控制T相上管与下管的开通关断时间，
死区时间及最小导通时间等。3. 门极驱动板故障检测电路。当某管通过电流过
大时能及时检测到，并采取对该管的保护措施。下面分别对以上三个功能进行详
细描述：
1.门极驱动板电源电路
门极驱动板电源电路主要为IGBT管提供+15V及-6V的门极导通，关断电源，
同时也为门极驱动板上各芯片提供工作电源。该板通过变压器T21及T22实现高
压端与低压端的隔离，其中变压器T21的次边电路为TB管提供电源，变压器T22
的次边电路为TA管提供电源。由于变压器T21的次边电路与变压器T22的次边
电路完全相同，所以就以变压器T21的原边及次边电路为例进行说明：
1.1 门极驱动板变压器T21的原边端电路（即低电压端电路）
该电路如图1所示：
N13
1
2
+15
3
D15
2
1
9
16
3
4
7
5
6
12
+V
-V
COMP
VREF
SYNC
OSC
DISC
CT
RT
GND
VCC
VC
OUTA
OUTB
SD
CSS
15
13
11
14
10
8GND
D
C121
GNDGNDGND
R128
V11
GND
GND
T22-6
T22T22-4
T22-4
C124
36T21-6
T21-6
GND4
NCNC
8
7
+15
6
5
C123
V10
1T214T21-4
T21-4
+15
INAOUTA
GNDVDD
INBOUTB
GND
R121
C129
R123
T22-6
GND
图1
该电路主要由PWM控制器D15，场效应管驱动器N13及场效应管V10,V11
构成，为变压器次边提供电源。
当D15芯片(PWM控制器)的15脚输入+15V电压时，此芯片开始工作，在其
输出口11脚（OUTA）与14脚(OUTB)产生如图2所示电压波形：
15V
D15-11
0V
T
2.7us3.9us
15V
D15-14
0V
15V
N13-5
0V
该脉冲电源
周期为6.6us,该
脉冲电源OUTA与
OUTB间的死区时
间为T=600ns.
OUTB(D15-14)脚
输出波形通过场
效应管驱动器
N13,输出图2所示
反相波形。当
OUTA(D15-11)脚
输出高电平时,场
效应管V11导通,
此时
OUTB(D15-14)脚
输出低电平，场效
应管V10关断。
图2
电容C123，C124上的电压通过变压器T21，T22的原边及场效应管V11放电。
当OUTB(D15-14)脚输出高电平时, 场效应管驱动器 N13-5脚输出低电平，
场效应管V10导通；此时OUTA(D15-11)脚输出低电平，场效应管V11关断。15V
电压通过场效应管V10，变压器T21，T22的原边对电容C123,C124进行充电。
OUTA与OUTB间的死区时间T用于防止场效应管V10，V11的同时导通。
就这样，通过场效应管V10，V11不断的交替导通，在变压器T21，T22的
次边产生交流电压其有效值为32V，为变压器T21，T22的次边电路提供电源。
电阻R128构成故障检测电路中的监测电压，当电阻R128两端电压高于1V时（即
图1中D点电压），故障检测电路报故障。
1．2门极驱动板变压器T21的次边端电路（即高电压端电路）
该电路如图3所示：
V156
N100
2
V150V151
Vin
A
D
J
+15V1
+Vout
3
MP11
R152
R153
C152
C154C155
MP12
T21-4
T21-4
C150C151
1
C153
V157
GND1
T21-6
T21-6
R151
V152
V154V155
R150
V153
-6
MP13
A
图3
该电路主要由一个全波整流电路及稳压器N100组成。变压器T21的次边产
生交流32V电压经四个肖特基二极管（V150,V151,V152,V153）构成的全波整流
电路整流后，在稳压器N100的1脚与2脚间产生27V直流电压，经稳压器N100
稳压后得到21V直流电压。取图3中MP12点为变压器次边电路（高压侧电路）
中的地GND1，该GND1经稳压管V157在MP13点得到-6V1电压，在MP11点得到
+15V1电压。此MP11,MP12,MP13三点间的电压差即为变压器T21的次边电路提
供给各芯片工作的电源，及IGBT管导通和关断的电压。
快速恢复二极管V154,V155构成IGBT管保护电路，具体信号流程见后续说
明。
2. 门极驱动板脉冲分配电路
该门极驱动板脉冲分配电路由IGBT管死区时间调整电路；IGBT管最小导通
时间电路；IGBT管门极触发电路三部分组成。下面分别对三部分电路作具体说
明：
2．1 IGBT管死区时间调整电路
该电路图如图4所示：
Con1
PWM
D11A
1
3
2
13
3
D11C
8
EN
ENABLE
TA
R108
V101
10
9
GND
GND4
12
112
D11D
1
NC
N10
NC
8
7
+15
6
5
C104
TBR105
V100
D12A
1
3
INAOUTA
GNDVDD
INBOUTB
V102
+15
R106
2
+15
D13A
2
C119
1
4
5
3
Q
C
A
B
Q
7
6
RCVCC
16
D12B
B
V103
5
6
4
+15
R109
C105
CLRGND
8
GND
C
GND
图4
enable信号为门极驱动板允许发脉冲信号+15V有效，con1信号为由控制系
统输入的PWM波形，用于控制IGBT管的导通关断。当enable信号为+15V时，
设在con1信号端输入如图5所示的波形，该波形频率为150HZ。
3.3ms3.3ms
15V
CON1
0V
15V
D11-11
0V
15V
D11-10
0V
15V
D12-1
0V
T1
15V
D12-6
0V
T1
15V
D12-3(B)
0V
15V
D12-4(C)
0V
15V
D13-7
图5
该
con1信号波形输
入后，经过与非门电路
（CD4093）D11，在D11
的11脚与10脚输出如图
5所示的波形，该波形分
别控制IGBT模块的T相，
其中D11-11脚控制T相
的TB管，D11-10脚控制
T相的TA管。
当D11-11脚由低电
平升为高电平时，场效应
管驱动器（TC4423）N10
的7脚输出低电平，电容
C104的电压通过二极管
V100电阻R106迅速放
电，放电时间约为10ns,
将D12的1脚降为低电
平，D12-3脚为高电平，
产生关断TB管的电平；
同时在D11-10脚电压由
高电平降为低电平，场效
应管驱动器（TC4423）N10
的5脚输出高电平，此电
压通过电阻R108对电容
C105充电，充电时间为
t=RC,约为10us, 将D12
的6脚升为高电平，D12-4
脚为低电平，产生导通TA
管的电平。由于对电容
C104的放电时间与对电
容C105的充电时间有差
别，于是在与非门电路
D12的3脚与4脚间有一
个同时为高电平的时间
T1，此时间即为TA管与
TB管的死区时间。如图5
所示。
当D11-10脚由低电平升为高电平时，分析方法与上述相同。
在D12-3脚由低电压转变为高电压的上升沿（或D12-4脚由低电压转变为
高电压的上升沿），触发单稳态触发电路D13的4脚，在D13的7脚产生一个负
脉宽的脉冲信号，其宽度为T1(10us)左右；此负脉宽的脉冲信号输入到与非门
芯片D12的2脚与5脚用于防止在IGBT管死区时间内产生的意外干扰。
2．2 IGBT管最小导通时间电路
IGBT模块每一相上管与下管IGBT管最小导通时间电路相同，下面我们以
TB管为例进行说明：电路图如图6所示：
+15
R115
14
C108
15
12
11
+15
13
B
RC
D14B
VCC
16
N11
1
Q
C
A
B
CLR
Q
913
11
12
GND
8
R117
GND4
10
2
D12D
3
NCNC
8
C111
7
+15
6
51
3
INAOUTA
GND
INB
VDD
OUTB
.
T11
.
6T11-6
T11-6
4T11-4
T11-4
V104
R116
GNDGND
图6
图中B点为图4中D12-3脚的输出B点，当B点电压由高电平下降为低电
平时，在单稳态触发电路D14的11脚产生一个下降沿触发，使D14的9脚输出
一个6μs的负脉冲波形，此即为IGBT管的最小导通时间，波形如图7所示：
D14：9
t4
t
1
t
图7
t
进行调节。 此负脉冲宽度可通过电阻R115与电容C108
2．3 IGBT管门极触发电路
由于每个IGBT管的触发电路基本相同，下面以TB管触发电路为例进行说
明：
TB管的触发电路由变压器T11将电路分为低压侧电路与高压侧电路，下面
分别进行说明：
a. 变压器T11的原边侧电路（低压侧电路）
该电路如图6所示，当B点电压由高电平下降为低电平时，经过与控制最
小导通时间的D14的9脚相与，在与非门电路D12的11脚输出高电平送入N11
的2脚，经场效应管驱动器N11在N11的7脚输出低电平，此时N11的4脚也为
低电平0V，于是在N11的5脚产生高电平+15V;由于电容C111上的电压不能突
变，所以电容C111两端的电压仍然为0V,变压器T11的原边端1脚电压比3脚
高15V，N11的5脚高电压通过变压器T11的原边对电容C111进行充电，直至电
容C111两端电压为15V,充电过程结束，此时变压器T11的原边端压降为0V。此
次过程将在变压器T11的次边产生一个正脉冲（即变压器T11的6脚电压高于4
脚）的过程。
当B点电压由低电平上升为高电平时，经过与控制最小导通时间的D14的9
脚相与（由低电平上升为高电平不触发单稳态触发电路D14的11脚），在与非门
电路D12的11脚输出低电平送入N11的2脚，经场效应管驱动器N11在N11的
7脚输出高电平，N11的7脚电压经稳压管V104稳压后在N11的4脚得到一高电
平8.7V，于是在N11的5脚产生低电平0V;由于电容C111上的电压不能突变，
所以电容C111两端的电压仍然为15V,变压器T11的原边端1脚电压比3脚低
15V，高电压电容C111通过变压器T11的原边及N11的5脚进行放电，直至电容
C111两端电压为0V,放电过程结束，此时变压器T11的原边端压降为0V。此次
过程将在变压器T11的次边产生一个负脉冲（即变压器T11的6脚电压低于4
脚）的过程。
以上两过程即为B点一个周期内变压器T11的原边侧脉冲触发电路（低压
侧电路）的变换过程。
b. 变压器T11的次边侧电路（高压侧电路）
该电路如图8所示：
F
V160
+15V1
+15V1
GND1
V158
V
C
G
C
N
D
A
R159
N102
4
INB
GND
INA
NC
OUTB
VDD
OUTA
NC
5
+15V1
6
7
8
C161
V15
7
D100A
2
1
D100B
36
4
5
1
1
4
3
GND12
R160
-6
T11-6
T11-6
C156
R154
R156
R155
+15V1
V159
R157
GND1
-6
R158
+15V1
R173
V169
V16
V167
T11-4
T11-4
+15V1
GND1
G
G
R176
R177
R171
V17
R178
TB
C
G
GND1(E)
4
3
2
1
R172
GND1
GND1
-6
-6
H
图8
该电路图中A点与图3中A点相连；F点和H点来至门极驱动板保护电路，
当IGBT管无故障时，F点为高电平，输入到场效应管驱动器N102的4脚，N102
的5脚输出低电平，+15V1电流经发光二极管V160电阻R150流向N102的5脚，
使发光二极管V160点亮，表示变压器次边端电路工作正常。此时电容C161两端
电压降为6V,CMOS管V15的G极与S极间压降为0V，V15管S极与D极不导通。
当IGBT管有故障时，F点为低电平，一路输入到D100的2脚用于封锁IGBT
管门级导通控制信号，一路输入到场效应管驱动器N102的4脚，N102的5脚输
出高电平，发光二极管V160两端电压降为0V，无电流流过发光二极管V160，V160
不发光，表示IGBT管有故障或变压器次边端电路故障。由于电容C161两端电压
不能突变,所以电阻R160两端瞬间有21V电压，使V15管S极与D极导通，A点
电压降为0V，使图3中二极管V154，V155导通，变压器T21次边瞬间产生大电
流，该大电流引起变压器T21原边也会产生大电流，引起图1中D点电位升高，
在变压器原边保护电路中产生故障反馈信号。由于电容C161容值小，电阻R160
阻值也较小，很快V15管G极与S极压降为0V，关断V15管。A点电位被抬高，
二极管V154，V155关断，变压器T21次边电压继续被V150，V151，V152，V153
整流，恢复正常工作状态。
下面分析变压器T11次边的脉冲控制电路原理：
由a节部分我们了解到当变压器T11原
边3脚产生一个负脉宽时，在变压器T11次
边的6脚产生一个相反的正脉宽（如图9所
示），由于二极管V158的嵌位作用，在与非
门电路D100的1脚产生一个最高电压为
15V1的高电平，经过与非门电路后在其D100
的4脚输出15V1高电平，此高电平通过电阻
R158反馈回D100的1脚，保持D100的1脚
仍为高电平直至在变压器T11的6脚出现负
脉冲为止。在D100的4脚为高电平时，在驱
动场效应管控制器N102的7脚产生0V1低电
平，使场效应管V16的G极为0V1，由于场
效应管V16为IRF9540，当G极电压低于S
极电压时，V16管的S极与D极电压相等，
于是V16管S极的15V1电压加到了TB管
（IGBT管）的G极，TB管的G极与E极之间
有15V电压，TB管导通。由于N102的7脚
为低电平，通过稳压管V169在场效应管V17
的G极产生-6V电压，场效应管V17为
IRF540，当G极电压与S极电压相同时，V17
管的S极与D极关断。
当变压器T11原边3脚产生一个正脉宽
时，在变压器T11次边的6脚产生一个相反
的负脉宽（如图9所示），由于二极管V159
15V
8V
T11-6
0V
15V
13V
D100-1
2V
0V
15V
D100-4
0V
15V
N102-7
0V
15V
V168-A
0V
-6V
图9
的嵌位作用，在与非门电路D100的1脚产生一个最低电压为0V1的低电平，经
过与非门电路后在其D100的4脚输出0V1低电平，此低电平通过电阻R158反馈
回D100的1脚，保持D100的1脚仍为低电平直至在变压器T11的6脚出现正脉
冲为止。在D100的4脚为低电平时，在驱动场效应管控制器N102的7脚产生
15V1高电平，使场效应管V16的G极为15V1，关断场效应管V16，由于N102的
7脚为高电平，通过稳压管V169在场效应管V17的G极产生9V电压，场效应管
V17为IRF540，当G极电压高于S极电压时，V17管的S极与D极相等，于是V17
管S极的-6V1电压加到了TB管（IGBT管）的G极，TB管的G极与E极之间有
-6V1电压，TB管关断。以上即为TB管（IGBT管）一次导通，关断的全过程。
3. 门极驱动板故障检测电路
门极驱动板故障检测电路也分为高压端电路及低压端电路部分；高压端部
分主要对TB管（IGBT管）的C极电压进行实时监测，当TB管过流时，TB管的
C极与E极间的电压必将升高，我们就是利用的监测该点电压来进行TB管过流
保护的。低电压端电路部分主要是负责将高压端所产生的故障处理成控制系统能
采集到的信号送入控制系统。下面分别进行说明：
a.高压端电路部分（电路如图10）
-6
+15V1
C164
+15V1
R164
4
F
H
GND1
V161V162
R161
R162
R163
R165
R166
3
2
1
N101
7
MP14
C
C
V164V166
865
GND1GND1+15V1
R169
GND1
图10
图中F点即为图8中的F点（低电平为故障信号）；H点也与图8中H点
相连。该电路主要由比较器N101构成，若图8中，N102的7脚输出为高电平
(+15V1),则H点电压为14.3V,即N101的2脚为14.3V，2脚电压高于3脚，在
N101的7脚产生+15V高电压，通过F点送入图8中，发光二极管V160亮。
当N102的7脚输出为低电平时，H点的电压由稳压管V166，电阻R166,R169
决定；此时在比较器N101的2脚产生的电压为5.5V；N1013脚的电压由TB管
的C,E极电压决定。当TB管的C,E极电压小于4.3V时，即比较器N101的3
脚电压小于2脚，N101的7脚仍产生+15V1高电压；当TB管的C,E极电压高
于4.3V时，即比较器N101的3脚电压高于2脚，N101的7脚仍产生0V1低电
压，通过图8中N102的5脚触发场效应管V15导通，产生故障信号。
b.低压端电路部分(电路如图11所示)
+15+15+15
R131
R132
R133
D13B
14
RC
10
R134
Fb1
故障
V106
D
V13
C127
15
Q
C
A
B
CLR
QR130
V12
+15
12
11
13
9
V14
GND
GND
图11
当图8中的场效应管V15导通时，在变压器T21的次边产生大电流，反馈
回变压器T21的原边，图1中的D点电压被抬高到1V左右，此电压触发三极
管V12导通，使三极管V13的门极B极电压拉低，三极管V13关断，三极管
V13的集电极C极电压升高，在单稳态触发电路D13的12脚产生一个上升沿，
触发单稳态触发电路D13，在D13的10脚输出一正脉宽脉冲，其正脉宽宽度为
500us，触发三极管V14导通，FB1点电压下降为0V并持续500us，此信号表示
该路IGBT管有故障。FB1点波形如下所示：
t
15V
t
j
0V t
当图8中的场效应管V15关断时，在变压器T21的次边电路正常工作，图
1中的D点电压低于0.6V左右，此电压关断三极管V12，使三极管V13的门极
B极电压抬高，三极管V13导通，三极管V13的集电极C极电压降低为0V，不
触发单稳态触发电路D13的12脚，在D13的10脚输出低电平0V，关断三极管
V14，FB1点电压维持在15V，表示该路IGBT管无故障输出。FB1点波形如下
所示：
U
15V
0V t
t
以上即为门极驱动板T相的电路原理说明，其他两相的电路原理与该相的
相同，可参考该相说明。