雙光纖接口的igbt驅動電路的製作方法
2023-06-07 10:15:31 1
雙光纖接口的igbt驅動電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型為一種IGBT驅動電路，具體是一種雙光纖接口的IGBT驅動電路。本實用新型支持一個橋臂兩個IGBT的驅動，整個電路由輸入電路、驅動前級電路、驅動晶片、驅動後級電路、輸出電路組成。輸入電路由電源連接器和光纖收發接口組成；驅動前級電路由電源轉換電路、驅動信號調理電路、定時鎖存電路、故障指示與反饋電路組成；驅動前級電路由電源轉換電路、驅動信號調理電路、定時鎖存電路、故障指示與反饋電路組成；輸出電路包括上管輸出接口和下管輸出接口。本實用新型能夠可靠驅動1700V及以下電壓等級的大功率IGBT，支持兩種光纖接口，驅動電阻、短路保護檢測窗口、故障保護鎖存時間方面可靈活調整，具有明顯的應用前景。
【專利說明】雙光纖接口的IGBT驅動電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種IGBT驅動電路，具體是一種雙光纖接口的IGBT驅動電路。
【背景技術】
[0002]近年來，IGBT功率器件在電力變換電路中應用越來越廣泛，為了使IGBT器件可靠的工作，就需要設計專門用於驅動IGBT開通關斷的電路裝置，IGBT工作在高電壓和大電流狀態下，電磁環境很複雜，所以要求IGBT驅動信號在傳輸到IGBT的過程中，能夠承受較強的電磁幹擾，隨著光纖傳輸技術的進步，將光纖用於IGBT驅動信號的傳輸成為可能。目前，光纖傳輸在高電壓領域應用較多，在1700V及以下等級IGBT的應用中，仍很少出現。
[0003]目前，大部分IGBT驅動裝置的驅動信號接口為低壓電接口，故障時，驅動信號和反饋信號只有較短時間的故障鎖存，其缺點是:1)抗電磁幹擾能力較差；2)驅動信號和反饋信號無定時鎖存功能或鎖存時間不可調整。
【發明內容】
[0004]本實用新型從提高IGBT驅動抗幹擾性和故障保護的需求出發，提供了一種雙光纖接口的IGBT驅動電路。
[0005]本實用新型是通過如下技術方案實現的:
[0006]一種雙光纖接口的IGBT驅動電路，支持一個橋臂兩個IGBT的驅動，整個電路由輸入電路、驅動前級電路、驅動晶片、驅動後級電路、輸出電路組成；
[0007]輸入電路包括兩部分:一部分是電源連接器，將外部的DC15V電源接入驅動電路；另一部分是光纖收發接口，光纖收發接口包括接收部和發送部，接收部實現光到電的轉換，將接收自控制系統的PWM調製光信號轉換為電信號，供驅動電路使用；發送部實現電到光的轉換，將IGBT開關狀態電信號變換為光信號，然後反饋給控制系統；在光纖收發接口應用電路原理設計時，兼顧AVAGO公司和PANASONIC兩個公司光纖器件的應用電路需求，使驅動電路可以選擇使用這兩個公司的相關光纖接口器件。
[0008]驅動前級電路由電源轉換電路、驅動信號調理電路、定時鎖存電路、故障指示與反饋電路組成；電源轉換電路將輸入的DC15V電源轉換為DC5V，給定時鎖存電路和驅動信號調理電路中的邏輯處理晶片供電；定時鎖存電路能夠實現故障的定時鎖存，在IGBT開關故障時，觸發定時鎖存電路，此電路立即產生低脈衝信號，通過邏輯電路，將輸入脈衝鎖定在低電平，實現IGBT主電路的保護；驅動信號調理電路實現驅動信號的濾波、放大、鎖存功能，將光纖收發接口變換的PWM電信號，通過電容和集成運放進行濾波和調理，通過邏輯電路進行保護鎖存，再利用MOSFET器件對其進行放大，輸出給驅動晶片；故障指示與反饋電路將驅動晶片產生的故障信號放大整理後，一方面點亮紅色故障指示燈，另一方面將故障反饋電信號通過光纖收發接口傳遞給控制系統，控制系統將封鎖驅動信號；
[0009]驅動晶片實現驅動信號和反饋信號的隔離、放大，將驅動前級電路的PWM驅動信號隔離放大後提供給驅動後級電路，並將檢測到的故障反饋信號隔離處理後提供給驅動前級電路；
[0010]驅動後級電路分為結構相同的上管驅動電路與下管驅動電路兩部分，每部分都是由Vce狀態檢測電路、檢測窗口設置電路、開關狀態指示、驅動輸出調理電路組成；Vce狀態檢測電路連接在IGBT的C極上，檢測IGBT的開關動作狀態，給驅動晶片處理；開關狀態指示將驅動晶片隔離放大後的PWM驅動脈衝開關狀態以LED燈的模式顯示出來；驅動輸出調理電路由開通關斷電阻、過壓抑制吸收電路組成，能夠通過器件參數的調整來實現驅動電路和不同IGBT的匹配；檢測窗口設置電路由阻容充電電路組成，通過調整阻容電路的器件參數，設置IGBT短路保護的檢測延遲時間；
[0011]輸出電路包括與上管驅動電路對應的上管輸出接口以及與下管驅動電路對應的下管輸出接口，上、下管輸出接口分別利用連接器將各自對應的驅動輸出調理電路的驅動信號輸出與IGBT的G、E極連接起來、將各自對應的Vce狀態檢測電路與IGBT的C極連接起來。
[0012]本實用新型能更好的傳輸驅動信號，提高IGBT變換電路的可靠性，本實用新型將光纖技術引入1700V等級IGBT的驅動裝置中，實現驅動信號和故障反饋信號的可靠傳輸。並設計了可調整的驅動信號和反饋信號的定時鎖存等功能，提高整個驅動裝置的可靠性。
[0013]本實用新型雙光纖接口的IGBT驅動電路主要解決了以下幾個問題:1)驅動反饋信號傳輸抗幹擾性差的問題；2)解決了驅動板只支持一種光纖連接器的問題；3)解決了驅動信號和反饋信號無定時鎖存功能或鎖存時間不可調整等問題。
[0014]本實用新型雙光纖接口的IGBT驅動電路已完成具體的產品製作並投入使用，其能夠可靠驅動1700V及以下電壓等級的大功率IGBT，支持兩種光纖接口，驅動電阻、短路保護檢測窗口、故障保護鎖存時間方面可以靈活調整，具有明顯的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的電路結構示意圖。
[0016]圖2為本實用新型的電路整體結構布局示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本實用新型作進一步地描述:
[0018]如圖1所示，一種雙光纖接口的IGBT驅動電路，由輸入電路、驅動前級電路、驅動晶片、驅動後級電路、輸出電路組成；
[0019]輸入電路包括兩部分:一部分是電源連接器，將外部的DC15V電源接入驅動電路；另一部分是光纖收發接口，光纖收發接口包括接收部和發送部，接收部實現光到電的轉換，將接收自控制系統的PWM調製光信號轉換為電信號，供驅動電路使用；發送部實現電到光的轉換，將IGBT開關狀態電信號變換為光信號，然後反饋給控制系統；
[0020]驅動前級電路由電源轉換電路、驅動信號調理電路、定時鎖存電路、故障指示與反饋電路組成；電源轉換電路將輸入的DC15V電源轉換為DC5V，給定時鎖存電路和驅動信號調理電路中的邏輯處理晶片供電；定時鎖存電路能夠實現故障的定時鎖存，在IGBT開關故障時，觸發定時鎖存電路，此電路立即產生低脈衝信號，通過邏輯電路，將輸入脈衝鎖定在低電平，實現IGBT主電路的保護；驅動信號調理電路實現驅動信號的濾波、放大、鎖存功能，將光纖收發接口變換的PWM電信號，通過電容和集成運放進行濾波和調理，通過邏輯電路進行保護鎖存，再利用MOSFET器件對其進行放大，輸出給驅動晶片；故障指示與反饋電路將驅動晶片產生的故障信號放大整理後，一方面點亮紅色故障指示燈，另一方面將故障反饋電信號通過光纖收發接口傳遞給控制系統，控制系統將封鎖驅動信號；
[0021]驅動晶片實現驅動信號和反饋信號的隔離、放大，將驅動前級電路的PWM驅動信號隔離放大後提供給驅動後級電路，並將檢測到的故障反饋信號隔離處理後提供給驅動前級電路；
[0022]驅動後級電路分為結構相同的上管驅動電路與下管驅動電路兩部分，每部分都是由Vce狀態檢測電路、檢測窗口設置電路、開關狀態指示、驅動輸出調理電路組成；Vce狀態檢測電路連接在IGBT的C極上，檢測IGBT的開關動作狀態，給驅動晶片處理；開關狀態指示將驅動晶片隔離放大後的PWM驅動脈衝開關狀態以LED燈的模式顯示出來；驅動輸出調理電路由開通關斷電阻、過壓抑制吸收電路組成，能夠通過器件參數的調整來實現驅動電路和不同IGBT的匹配；檢測窗口設置電路由阻容充電電路組成，通過調整阻容電路的器件參數，設置IGBT短路保護的檢測延遲時間；
[0023]輸出電路包括與上管驅動電路對應的上管輸出接口以及與下管驅動電路對應的下管輸出接口，上、下管輸出接口分別利用連接器將各自對應的驅動輸出調理電路的驅動信號輸出與IGBT的G、E極連接起來、將各自對應的Vce狀態檢測電路與IGBT的C極連接起來。
[0024]具體實施時，根據本實用新型雙光纖接口的IGBT驅動電路製作了雙光纖接口的IGBT驅動裝置，電路整體結構布局如圖2所示:
[0025]外部控制電路提供的電源通過電源連接器Pl接入驅動電路裝置。
[0026]光纖收發接口電路處，集成了兩組PCB封裝接口，一組是GX1、GX2，可以安裝PANASONIC公司的光纖接口器件，另一組是GX1T、GX1R、GX2T、GX2R，可以安裝AVAGO公司的光纖接口器件。在電路原理設計上，兼顧AVAGO和PANASONIC兩個公司光纖器件的應用電路需求，使驅動電路可以選擇使用這兩個公司的相關光纖接口器件。
[0027]電容Cl?C3、電感L1、二極體D3、開關電源晶片U2 —起組成電源轉換電路，將DC15V電源轉換為DC5V，給定時鎖存電路和驅動信號調理電路中的邏輯處理晶片供電。
[0028]電阻R3、R6、電容C9、邏輯處理晶片U6、LED燈ERROR組成故障指示與反饋電路，將驅動晶片產生的故障信號放大整理後，一方面點亮紅色故障指示燈ERROR，另一方面，將故障信號傳遞給控制系統，控制系統將封鎖驅動信號。
[0029]輸出部分，電阻R31?R38、R41?R48、R51?R58、R61?R68與二極體D2、D4組成開關電阻網絡，包括開通和關斷的電阻，每路輸出包括8個並聯的開通電阻(R31?R38、R51?R58)和8個並聯的關斷電阻(R41?R48、R61?R68，位置在板背面，與開通電阻對應的位置)。可以方便進行阻值調整，也可以滿足高功耗要求。
[0030]連接器VC - TOP、VC-BOT、二極體D7、D8、電阻R29、R30組成Vce狀態檢測電路，將Vce狀態引入驅動板。
[0031 ] 電阻R23、R24與電容C42、C44組成檢測窗口設置電路，調整電阻電容值可以對檢測時間進行調整。
[0032]電阻R25?R28與LED燈T_0N、T-OFF, B_0N、B-OFF組成開關狀態指示電路，輸出脈衝高低電平變化時，響應的燈會亮滅變化。
【權利要求】
1.一種雙光纖接口的IGBT驅動電路，其特徵在於:由輸入電路、驅動前級電路、驅動晶片、驅動後級電路、輸出電路組成； 輸入電路包括兩部分:一部分是電源連接器，將外部的DC15V電源接入驅動電路?』另一部分是光纖收發接口，光纖收發接口包括接收部和發送部，接收部實現光到電的轉換，將接收自控制系統的PWM調製光信號轉換為電信號，供驅動電路使用；發送部實現電到光的轉換，將IGBT開關狀態電信號變換為光信號，然後反饋給控制系統； 驅動前級電路由電源轉換電路、驅動信號調理電路、定時鎖存電路、故障指示與反饋電路組成；電源轉換電路將輸入的DC15V電源轉換為DC5V，給定時鎖存電路和驅動信號調理電路中的邏輯處理晶片供電；定時鎖存電路能夠實現故障的定時鎖存，在IGBT開關故障時，觸發定時鎖存電路，此電路立即產生低脈衝信號，通過邏輯電路，將輸入脈衝鎖定在低電平，實現IGBT主電路的保護；驅動信號調理電路實現驅動信號的濾波、放大、鎖存功能，將光纖收發接口變換的PWM電信號，通過電容和集成運放進行濾波和調理，通過邏輯電路進行保護鎖存，再利用MOSFET器件對其進行放大，輸出給驅動晶片；故障指示與反饋電路將驅動晶片產生的故障信號放大整理後，一方面點亮紅色故障指示燈，另一方面將故障反饋電信號通過光纖收發接口傳遞給控制系統，控制系統將封鎖驅動信號； 驅動晶片實現驅動信號和反饋信號的隔離、放大，將驅動前級電路的PWM驅動信號隔離放大後提供給驅動後級電路，並將檢測到的故障反饋信號隔離處理後提供給驅動前級電路； 驅動後級電路分為結構相同的上管驅動電路與下管驅動電路兩部分，每部分都是由Vce狀態檢測電路、檢測窗口設置電路、開關狀態指示、驅動調理電路組成；Vce狀態檢測電路連接在IGBT的C極上，檢測IGBT的開關動作狀態，給驅動晶片處理；開關狀態指示將驅動晶片隔離放大後的PWM驅動脈衝開關狀態以LED燈的模式顯示出來；驅動調理電路由開通關斷電阻、過壓抑制吸收電路組成，能夠通過器件參數的調整來實現驅動電路和不同IGBT的匹配；檢測窗口設置電路由阻容充電電路組成，通過調整阻容電路的器件參數，設置IGBT短路保護的檢測延遲時間； 輸出電路包括與上管驅動電路對應的上管輸出接口以及與下管驅動電路對應的下管輸出接口，上、下管輸出接口分別利用連接器將各自對應的驅動調理電路的驅動信號輸出與IGBT的G、E極連接起來、將各自對應的Vce狀態檢測電路與IGBT的C極連接起來。
【文檔編號】H02M1/08GK204089576SQ201420563164
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】牛勇, 代全業, 陳宏 , 張丹, 劉革莉, 李相峰 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司