一種電力機車用變流器的igbt驅動電路的製作方法
2024-02-08 08:26:15
一種電力機車用變流器的igbt驅動電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電力機車用變流器的IGBT驅動電路，該IGBT驅動電路能夠通過電源電壓隔離、控制信號隔離和狀態反饋信號隔離實現高壓側與低壓側的完全隔離，並採用IGBT過壓過流保護電路、正電壓保護電路、負電壓保護電路和門極保護電路實施進一步的線路保護，從而不僅能夠保障IGBT變流器安全可靠地運行，而且能夠良好適應電力機車上的複雜環境。同時，該IGBT驅動電路能夠對穩壓二極體、雙向瞬態電壓抑制二極體和四雪崩二極體進行靈活選型，從而靈活適應電力機車的不同應用場景對線路保護能力的需求；還能夠對第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4和第一適配板電容CA1進行靈活選型，從而靈活適應電力機車的不同應用場景對IGBT驅動能力的需求。
【專利說明】—種電力機車用變流器的IGBT驅動電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力機車領域，尤其涉及一種電力機車用變流器的IGBT驅動電路。
【背景技術】
[0002]目前，我國所生產的HXD1、HXD2、HXD1B、HXD2B等型號的重載交流傳動電力機車都是採用基於IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體)的變流器(本申請文件中稱為IGBT變流器)。IGBT驅動電路是配合IGBT應用的關鍵技術，它的性能直接決定了 IGBT變流器的整體性能，因此在應用IGBT變流器的電力機車上，IGBT驅動電路的性能直接關係到整個電力機車的安全性和可靠性。
[0003]在電壓為3300V甚至更高的電力機車上，由於電壓過高，因此需要使用大功率IGBT來構建IGBT變流器；為了保證這種IGBT變流器能夠安全可靠地運行，配合大功率IGBT使用的IGBT驅動電路不僅需要具有良好的驅動能力，而且需要在電力機車的複雜惡劣環境中保持極強的安全性和可靠性。
[0004]在現有技術中，廣泛使用的IGBT驅動電路是可以通過商業手段獲得的獨立集成驅動晶片；這種集成驅動晶片不僅驅動能力有限，而且很難實現對線路中的參數進行靈活調節，因此這種獨立集成驅動晶片無法滿足電力機車在不同應用場景下對IGBT驅動電路的驅動能力和線路保護能力進行靈活調節的需求；另一方面，由於電力機車上的電磁環境十分惡劣，而獨立集成驅動晶片很容易會受到電磁幹擾發生故障，因此現有技術中的獨立集成驅動晶片無法在電力機車的複雜環境下保證IGBT變流器能夠安全可靠運行。
【發明內容】
[0005]本發明的主要目的是提供一種電力機車用變流器的IGBT驅動電路，不僅能夠良好地適應電力機車上複雜惡劣的運行環境，而且能夠保障IGBT變流器安全可靠地運行，同時還能夠在電力機車的不同應用場景靈活調節驅動能力和線路保護能力，因而有力地保證了電力機車的安全性和可靠性。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種電力機車用變流器的IGBT驅動電路，連接在電力機車主控單元與變流器的絕緣柵雙極型電晶體IGBT之間，包括:電源電路、控制信號隔離電路、狀態反饋隔離電路、保護電路、主控邏輯電路、驅動放大電路和門極保護電路；
[0008]電源電路包括第一脈衝變壓器Tl和電源整流電路；第一脈衝變壓器Tl的輸入端與電力機車主控單元電連接，並接收電力機車主控單元發送的24V方波脈衝；第一脈衝變壓器Tl的輸出端與電源整流電路電連接，並通過電源整流電路的第一低壓側電源輸出端VYl和第二低壓側電源輸出端VY2輸出該IGBT驅動電路的低壓側使用的電源電壓，同時通過電源整流電路的第一高壓側電源輸出端V2P+、第二高壓側電源輸出端V2P-和第三高壓側電源輸出端VC2輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的電源電壓，從而實現了電源供電在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；電源整流電路分別與控制信號隔離電路、狀態反饋隔離電路、保護電路和主控邏輯電路電連接；
[0009]控制信號隔離電路包括控制信號隔離電路低壓側和控制信號隔離電路高壓側；控制信號隔離電路低壓側的輸入端與電力機車主控單元電連接，並接收電力機車主控單元發送的控制信號；控制信號隔離電路低壓側的輸出端通過光纖與控制信號隔離電路高壓側的輸入端電連接，並將電力機車主控單元發送的控制信號傳輸給控制信號隔離電路高壓側，從而實現了控制信號在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；控制信號隔離電路高壓側的輸出端與主控邏輯電路電連接，並將電力機車主控單元發送的控制信號傳輸給主控邏輯電路；
[0010]狀態反饋隔離電路包括狀態反饋隔離電路低壓側和狀態反饋隔離電路高壓側；狀態反饋隔離電路高壓側的輸入端與主控邏輯電路電連接，並接收主控邏輯電路發送的狀態反饋信號；狀態反饋隔離電路高壓側的輸出端通過光纖與狀態反饋隔離電路低壓側的輸入端電連接，並將主控邏輯電路發送的狀態反饋信號傳輸給狀態反饋隔離電路低壓側，從而實現了狀態反饋信號在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；狀態反饋隔離電路低壓側與電力機車主控單元電連接，並將主控邏輯電路發送的狀態反饋信號傳輸給電力機車主控單元；
[0011]保護電路包括IGBT過壓過流保護電路、正電壓保護電路和負電壓保護電路；IGBT過壓過流保護電路分別與IGBT的集電極C和主控邏輯電路電連接，並在IGBT的集電極C出現過壓或短路時，向主控邏輯電路發送IGBT過壓過流故障信號；正電壓保護電路分別與第一高壓側電源輸出端V2P+和主控邏輯電路電連接，並在第一高壓側電源輸出端V2P+的輸出電壓出現故障時，向主控邏輯電路發送正電壓故障信號；負電壓保護電路分別與第二高壓側電源輸出端V2P-和主控邏輯電路電連接，並在第二高壓側電源輸出端V2P-的輸出電壓出現故障時，向主控邏輯電路發送負電壓故障信號；
[0012]主控邏輯電路與驅動放大電路電連接，驅動放大電路通過門極保護電路與IGBT的門極G電連接；主控邏輯電路輸出的控制信號依次通過驅動放大電路和門極保護電路後進入到IGBT的門極G ；IGBT的發射極E接地。
[0013]優選地，所述的IGBT過壓`過流保護電路包括:第三四雪崩二極體V34、第三二雪崩二極體V32、第二六電阻R26、第三一穩壓二極體V31、第二七電阻R27、第三零三極體V30、第二四電阻R24、第二五電阻R25、第三三二極體V33、第二九電阻R29、第三零電阻R30和第一^b 電容 C17 ；
[0014]IGBT的集電極C與第三四雪崩二極體V34的陰極電連接，第三四雪崩二極體V34的陽極與第三二雪崩二極體V32的陰極電連接，第三二雪崩二極體V32的陽極通過第二六電阻R26與第三一穩壓二極體V31的陰極電連接，第三一穩壓二極體V31的陽極通過第二七電阻R27與第三零三極體V30的基極電連接，第三零三極體V30的集電極與主控邏輯電路的IGBT過壓短路保護輸入端電連接，第三零三極體V30的發射極接地；
[0015]第二四電阻R24的一端與第三零三極體V30的集電極電連接，其另一端與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接；
[0016]第二五電阻R25的一端與第三一穩壓二極體V31的陰極電連接,其另一端與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接；
[0017]第三三二極體V33的陽極接地，第三三二極體V33的陰極與第三一穩壓二極體V31的陰極電連接；
[0018]第二九電阻R29的一端接地，其另一端與第三一穩壓二極體V31的陽極電連接；
[0019]第三零電阻R30與第一七電容C17相併聯，從而形成兩個並聯節點，其中一個並聯節點與第三零三極體V30的發射極電連接，另一個並聯節點與第三零三極體V30的基極電連接。
[0020]優選地，所述的正電壓保護電路包括:第三八三極體V38、第三九穩壓二極體V39、第三六電阻R36、第三三電阻R33和第三七電阻R37 ；
[0021]第三八三極體V38的集電極與主控邏輯電路的正電壓保護輸入端電連接，第三八三極體V38的發射極與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接，第三八三極體V38的基極與第三九穩壓二極體V39的陰極電連接，第三九穩壓二極體V39的陽極通過第三六電阻R36接地；
[0022]第三三電阻R33的一端接地，其另一端與第三八三極體V38的集電極電連接；
[0023]第三七電阻R37的一端與第三八三極體V38的發射極電連接，另一端與第三八三極體V38的基極電連接。
[0024]優選地，所述的負電壓保護電路包括:第三五三極體V35、第三六穩壓二極體V36、第三四電阻R34、第三二電阻R32、第三一電阻R31、第三七二極體V37和第三五電阻R35 ；
[0025]第三五三極體V35的發射極與第二高壓側電源輸出端V2P-電連接，第三五三極體V35的基極與第三六穩壓二極體V36的陽極電連接，第三六穩壓二極體V36的陰極通過第三四電阻R34接地，第三五三極體V35的集電極通過第三二電阻R32與主控邏輯電路的負電壓保護輸入端電連接；
[0026]第三一電阻R31的一端與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接，其另一端通過第三二電阻R32與第三五三極體V35的集電極電連接；
[0027]第三七二極體V37的陽極接地，第三七二極體V37的陰極通過第三二電阻R32與第三五三極體V35的集電極電連接；
[0028]第三五電阻R35的一端與第三五三極體V35的基極電連接，其另一端與第三五三極體V35的發射極電連接。
[0029]優選地，所述的驅動放大電路包括:第三MOS管驅動晶片U3、第一八電容C18、第四零二極體V40、第三八電阻R38、第四一電阻R41、第四一 PMOS管V41、第四MOS管驅動晶片U4、第一九電容C19、第四零電阻R40、第四二穩壓二極體V42、第四三二極體V43、第四二電阻R42、第四三電阻R43、第四四NMOS管V44、第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4、第一適配板電阻RAl和第一適配板電容CAl ；
[0030]第三MOS管驅動晶片U3的第一信號輸入引腳和接地輸入引腳均接地；第三MOS管驅動晶片U3的電源電壓輸入引腳與第一高壓側電源輸出端V2P+和第一八電容C18的一端電連接，第一八電容C18的另一端接地；
[0031]第三MOS管驅動晶片U3的第二信號輸入引腳與主控邏輯電路的控制信號輸出端電連接，第三MOS管驅動晶片U3的第二信號輸出引腳與第四零二極體V40的陽極電連接，第四零二極體V40的陰極通過第三八電阻R38與第四一 PMOS管V41的柵極電連接，第四一PMOS管V41的源極與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接，第四一 PMOS管V41的漏極與第二適配板電阻RA2的一端電連接；[0032]第四一電阻R41的一端與第四零二極體V40的陽極電連接，其另一端與第四一PMOS管V41的柵極電連接；
[0033]第四MOS管驅動晶片U4的電源電壓輸入引腳接地；第四MOS管驅動晶片U4的第一信號輸入引腳和接地輸入引腳並聯後，與第二高壓側電源輸出端V2P-和第一九電容C19的一端電連接，第一九電容C19的另一端接地；
[0034]第四MOS管驅動晶片U4的第二信號輸入引腳分別與第四零電阻R40的一端和第四二穩壓二極體V42的陽極電連接，第四零電阻R40的另一端與第二高壓側電源輸出端V2P-電連接，第四二穩壓二極體V42的陰極與第三MOS管驅動晶片U3的第二信號輸出引腳電連接；第四MOS管驅動晶片U4的第二信號輸出引腳與第四三二極體V43的陰極電連接，第四三二極體V43的陽極通過第四二電阻R42與第四四NMOS管V44的柵極電連接，第四四NMOS管V44的源極與第二高壓側電源輸出端V2P-電連接，第四四NMOS管V44的漏極與第四適配板電阻RA4的一端電連接；
[0035]第四三電阻R43的一端與第四三二極體V43的陰極電連接，其另一端與第四四NMOS管V44的柵極電連接；
[0036]第二適配板電阻RA2的另一端與第四適配板電阻RA4的另一端電連接，並且在與第一適配板電阻RAl的一端和第一適配板電容CAl的一端電連接後,作為驅動放大電路的IGBT門極驅動線輸出；
[0037]第一適配板電阻RAl的另一端和第一適配板電容CAl的另一端電連接，並且在接地後，作為驅動放大電路的IGBT發射極驅動線輸出。
[0038]優選地，所述的門極保護電路包括雙向瞬態電壓抑制二極體VAl ;該雙向瞬態電壓抑制二極體VAl並聯在驅動放大電路輸出的IGBT門極驅動線和IGBT發射極驅動線之間；
[0039]驅動放大電路輸出的IGBT門極驅動線在與雙向瞬態電壓抑制二極體VAl的一端電連接後，與IGBT的門極G電連接；
[0040]驅動放大電路輸出的IGBT發射極驅動線在與雙向瞬態電壓抑制二極體VAl的另一端電連接後，與IGBT的發射極E電連接。
[0041]優選地，所述的門極保護電路以及驅動放大電路的第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4、第一適配板電阻RAl和第一適配板電容CAl均設置於驅動適配板上；
[0042]所述的驅動放大電路包括由第一接線端子X1-1、第二接線端子Π-2和第三接線端子X1-3構成的驅動適配板接口 ；
[0043]第一接線端子Π-1與第四一 PMOS管V41的漏極電連接；第二接線端子Π-2與第四四NMOS管V44的漏極電連接；第三接線端子Π-3接地；
[0044]在驅動適配板上，對應第一接線端子Π-1的接口線與第二適配板電阻RA2的一端電連接，對應第二接線端子Π-2的接口線與第四適配板電阻RA4的一端電連接，對應第三接線端子Π-3的接口線與第一適配板電阻RAl的接地一端和第一適配板電容CAl的接地
一端電連接。
[0045]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例所提供的電力機車用變流器的IGBT驅動電路通過電源電壓隔離、控制信號隔離和狀態反饋信號隔離實現了該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側的完全隔離，並且設置了 IGBT過壓過流保護電路、正電壓保護電路、負電壓保護電路和門極保護電路，從而使該IGBT驅動電路能夠良好地適應電力機車上複雜惡劣的運行環境，並能保障IGBT變流器安全可靠地運行。同時，該IGBT驅動電路能夠對第三九穩壓二極體V39、第三六穩壓二極體V36、雙向瞬態電壓抑制二極體VAl、第三四雪崩二極體V34、第三二雪崩二極體V32和第三一穩壓二極體V31進行靈活選型，從而使該IGBT驅動電路能夠適應電力機車的不同應用場景對線路保護能力的需求；該IGBT驅動電路還能夠對第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4和第一適配板電容CAl進行靈活選型，從而使該IGBT驅動電路能夠適應電力機車的不同應用場景對IGBT驅動能力的需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0047]圖1為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構示意圖一；
[0048]圖2為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構示意圖二 ；
[0049]圖3為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構不意圖二 ；
[0050]圖4為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構示意圖四；
[0051]圖5為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構示意圖五；
[0052]圖6為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構示意圖六；
[0053]圖7為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構示意圖七；
[0054]圖8為本發明實施例提供的IGBT驅動電路的結構示意圖八。
【具體實施方式】
[0055]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。
[0056]首先需要說明的是，本發明所提供的電力機車用變流器的IGBT驅動電路主要適用於電壓為3300V甚至更高的電力機車。下面開始對該IGBT驅動電路進行詳細描述。
[0057]如圖1至圖8所示，一種電力機車用變流器的IGBT驅動電路，連接在電力機車主控單元與變流器的IGBT之間，其具體結構可以包括:電源電路、控制信號隔離電路、狀態反饋隔離電路、保護電路、主控邏輯電路、驅動放大電路和門極保護電路；
[0058]電力機車主控單元輸出的控制信號依次經過控制信號隔離電路、主控邏輯電路、驅動放大電路和門極保護電路後，進入到IGBT的門極G ；IGBT的發射極E接地；IGBT的集電極C通過保護電路與主控邏輯電路電連接；主控邏輯電路的狀態反饋信號通過狀態反饋隔離電路反饋給電力機車主控單元；電源電路電源整流電路分別與控制信號隔離電路、狀態反饋隔離電路、保護電路和主控邏輯電路電連接。
[0059]具體地，該IGBT驅動電路的各組成部件的具體實施方案可以包括:
[0060](I)電源電路:如圖2所示，該電源電路可以包括第一脈衝變壓器Tl和電源整流電路；第一脈衝變壓器Tl的輸入端與電力機車主控單元電連接，並接收電力機車主控單元發送的24V方波脈衝(該方波脈衝的頻率通常為35kHz);第一脈衝變壓器Tl的輸出端與電源整流電路電連接，並通過電源整流電路的第一低壓側電源輸出端VYl和第二低壓側電源輸出端VY2輸出該IGBT驅動電路的低壓側使用的電源電壓，同時通過電源整流電路的第一高壓側電源輸出端V2P+、第二高壓側電源輸出端V2P-和第三高壓側電源輸出端VC2輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的電源電壓，從而實現了電源供電在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；電源整流電路分別與控制信號隔離電路、狀態反饋隔離電路、保護電路和主控邏輯電路電連接。
[0061]其中，第一脈衝變壓器Tl可以採用一個三繞組脈衝變壓器，能夠將電力機車主控單兀發送的24V方波脈衝轉換成三路電源輸出；每一路電源輸出對應第一脈衝變壓器Tl上的兩個電源輸出引腳，例如:在圖2中，第一脈衝變壓器Tl的第8、9引腳對應第一路電源輸出，第一脈衝變壓器Tl的第4、6引腳對應第二路電源輸出，第一脈衝變壓器Tl的第3、5引腳對應第三路電源輸出。
[0062]電源整流電路可以包括低壓側電源整流電路、第一高壓側電源整流電路和第二高壓側電源整流電路；低壓側電源整流電路可以與第一脈衝變壓器Tl的第一路電源輸出電連接，並提供第一低壓側電源輸出端VYl和第二低壓側電源輸出端VY2來輸出該IGBT驅動電路的低壓側使用的電源電壓；第一高壓側電源整流電路可以與第一脈衝變壓器Tl的第二路電源輸出電連接，並提供第一高壓側電源輸出端V2P+和第三高壓側電源輸出端VC2來輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的電源電壓；第二高壓側電源整流電路可以與第一脈衝變壓器Tl的第三路電源輸出電連接，並提供第三高壓側電源輸出端VC2來輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的電源電壓；這幾個電源輸出端可以輸出如下的電源電壓:
[0063]第一低壓側電源輸出端VYl輸出該IGBT驅動電路的低壓側使用的+15V電源電壓；
[0064]第二低壓側電源輸出端VY2輸出該IGBT驅動電路的低壓側使用的+5V電源電壓；
[0065]第一高壓側電源輸出端V2P+輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的+15V電源電壓；
[0066]第二高壓側電源輸出端V2P-輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的-15V電源電壓；
[0067]第三高壓側電源輸出端VC2輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的5V電源電壓。
[0068]在實際應用中，第三高壓側電源輸出端VC2主要用於為該IGBT驅動電路中的半導體器件及邏輯門器件提供電源，由於這屬於本領域的公知常識，因此本申請文件的附圖中省略相關部分，文字說明中也不再贅述。低壓側電源整流電路、第一高壓側電源整流電路和第二高壓側電源整流電路可以採用現有技術中的本領域公知的整流電路，也可以採用如圖2中所示的電路，但最好採用如圖2中所示的電路，以保障電源整流電路具有良好的整流能力、抗幹擾能力和安全可靠的運行能力。
[0069]由此可見，電力機車主控單元發送的24V方波脈衝通過第一脈衝變壓器Tl和不同的整流電路實現了電源供電在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間有效隔離，因此IGBT(或該IGBT驅動電路的高壓側)產生的大電壓、大電流不會通過供電線路幹擾到該IGBT驅動電路的低壓側以及與該IGBT驅動電路連接的電力機車主控單元，從而有效避免了對電力機車主控單元造成損傷，有力地保障了電力機車主控部分能夠不受IGBT大電流、大電壓的幹擾而安全可靠運行。
[0070](2)控制信號隔離電路:如圖3和圖5所示，該控制信號隔離電路可以包括控制信號隔離電路低壓側和控制信號隔離電路高壓側；控制信號隔離電路低壓側的輸入端與電力機車主控單元電連接，並接收電力機車主控單元發送的控制信號；控制信號隔離電路低壓側的輸出端通過光纖與控制信號隔離電路高壓側的輸入端電連接，並將電力機車主控單元發送的控制信號傳輸給控制信號隔離電路高壓側，從而實現了控制信號在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；控制信號隔離電路高壓側的輸出端與主控邏輯電路電連接，並將電力機車主控單元發送的控制信號傳輸給主控邏輯電路。
[0071]其中，控制信號隔離電路低壓側可以包括第一光纖發射器V4 ;控制信號隔離電路高壓側可以包括第一光纖接收器V6 ;第一光纖發射器V4可以通過光纖將控制信號發送給第一光纖接收器V6，這不僅能夠保障控制信號正常傳輸，而且使IGBT (或該IGBT驅動電路的高壓側)產生的大電壓、大電流不會通過控制信號傳輸線路幹擾到該IGBT驅動電路的低壓側以及與該IGBT驅動電路連接的電力機車主控單元，從而有效避免了對電力機車主控單元造成損傷，有力地保障了電力機車主控部分能夠不受IGBT大電流、大電壓的幹擾而安全可靠運行。
[0072]在實際應用中，控制信號隔離電路低壓側和控制信號隔離電路高壓側可以採用現有技術中的本領域公知的光纖發送接收電路，也可以採用如圖3和圖5中所示的電路，但最好採用如圖3和圖5中所示的電路，以保障該控制信號隔離電路具有良好的信號傳輸能力、抗幹擾能力和安全可靠的運行能力。
[0073](3)狀態反饋隔離電路:如圖4和圖5所示，該狀態反饋隔離電路可以包括狀態反饋隔離電路低壓側和狀態反饋隔離電路高壓側；狀態反饋隔離電路高壓側的輸入端與主控邏輯電路電連接，並接收主控邏輯電路發送的狀態反饋信號；狀態反饋隔離電路高壓側的輸出端通過光纖與狀態反饋隔離電路低壓側的輸入端電連接，並將主控邏輯電路發送的狀態反饋信號傳輸給狀態反饋隔離電路低壓側，從而實現了狀態反饋信號在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；狀態反饋隔離電路低壓側與電力機車主控單元電連接，並將主控邏輯電路發送的狀態反饋信號傳輸給電力機車主控單元。
[0074]其中，狀態反饋隔離電路高壓側可以包括第二光纖發射器V15 ;狀態反饋隔離電路低壓側可以包括第二光纖接收器V2 ;第二光纖發射器V15通過光纖將狀態反饋信號發送給第二光纖接收器V2，這不僅能夠保障狀態反饋信號正常傳輸，而且能夠使IGBT (或該IGBT驅動電路的高壓側)產生的大電壓、大電流不會通過狀態反饋信號傳輸線路幹擾到該IGBT驅動電路的低壓側以及與該IGBT驅動電路連接的電力機車主控單元，從而有效避免了對電力機車主控單元造成損傷，有力地保障了電力機車主控部分能夠不受IGBT大電流、大電壓的幹擾而安全可靠運行。
[0075]在實際應用中，狀態反饋隔離電路低壓側和狀態反饋隔離電路高壓側可以採用現有技術中的本領域公知的光纖發送接收電路，也可以採用如圖4和圖5中所示的電路，但最好採用如圖4和圖5中所示的電路，以保障該狀態反饋隔離電路具有良好的信號傳輸能力、抗幹擾能力和安全可靠的運行能力。
[0076]( 4 )主控邏輯電路:該主控邏輯電路可以與驅動放大電路電連接，驅動放大電路通過門極保護電路與IGBT的門極G電連接；主控邏輯電路輸出的控制信號依次通過驅動放大電路和門極保護電路後進入到IGBT的門極G ；IGBT的發射極E接地。
[0077]其中，主控邏輯電路可以採用現有技術中電力機車上的IGBT驅動電路所使用的主控邏輯電路，例如:可以採用以安森美(ON)的與非門MC14093和MC14023為核心搭建的邏輯門電路；由於這部分電路為現有技術內容，並且不是本發明的發明點，因此本申請文件中不做贅述。
[0078](5)保護電路:如圖6所示，該保護電路可以包括:IGBT過壓過流保護電路、正電壓保護電路和負電壓保護電路；IGBT過壓過流保護電路分別與IGBT的集電極C和主控邏輯電路電連接，並在IGBT的集電極C出現過壓或短路時，向主控邏輯電路發送IGBT過壓過流故障信號；正電壓保護電路分別與第一高壓側電源輸出端V2P+和主控邏輯電路電連接，並在第一高壓側電源輸出端V2P+的輸出電壓出現故障時，向主控邏輯電路發送正電壓故障信號；負電壓保護電路分別與第二高壓側電源輸出端V2P-和主控邏輯電路電連接，並在第二高壓側電源輸出端V2P-的輸出電壓出現故障時，向主控邏輯電路發送負電壓故障信號。
[0079]其中，這三個保護電路的具體實施方案可以包括:
[0080]①正電壓保護電路:該正電壓保護電路可以包括:第三八三極體V38、第三九穩壓二極體V39、第三六電阻R36、第三三電阻R33和第三七電阻R37 ;第三八三極體V38的集電極與主控邏輯電路的正電壓保護輸入端電連接，第三八三極體V38的發射極與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接，第三八三極體V38的基極與第三九穩壓二極體V39的陰極電連接，第三九穩壓二極體V39的陽極通過第三六電阻R36接地；第三三電阻R33的一端接地，其另一端與第三八三極體V38的集電極電連接；第三七電阻R37的一端與第三八三極體V38的發射極電連接，另一端與第三八三極體V38的基極電連接。
[0081]具體而言，IGBT的導通和關斷對於IGBT的門極G的電壓有明確的要求，如果電壓不符合要求可能造成IGBT損壞；該正電壓保護電路主要以第三八三極體V38和第三九穩壓二極體V39為核心搭建而成；正常情況下，第一高壓側電源輸出端V2P+輸出的電源電壓會使第三九穩壓二極體V39兩端的電壓差低於第三九穩壓二極體V39的反嚮導通閥值，第三九穩壓二極體V39處於正嚮導通狀態，第三八三極體V38處於截止狀態，該正電壓保護電路輸出給主控邏輯電路的是低電平；當第一高壓側電源輸出端V2P+輸出的電源電壓使第三九穩壓二極體V39兩端的電壓差高於第三九穩壓二極體V39的反嚮導通閥值時，第三九穩壓二極體V39反嚮導通，第三八三極體V38導通，該正電壓保護電路輸出給主控邏輯電路的變為高電平；主控邏輯電路的正電壓保護輸入端將高電平作為正電壓故障信號，主控邏輯電路對該正電壓故障信號進行處理，並通過狀態反饋隔離電路反饋到電力機車主控單元，從而使IGBT和該IGBT驅動電路不會受到正電壓過高的影響，保障了 IGBT變流器能夠不受正電壓過高影響而安全可靠運行。由此可見，第一高壓側電源輸出端V2P+輸出的電源電壓是否會使正電壓保護電路輸出高電平，主要取決於第三九穩壓二極體V39的閥值，因此通過將第三九穩壓二極體V39更換成不同閥值的穩壓二極體，可以使該正電壓保護電路具有不同級別的正電壓保護能力，從而可以使該IGBT驅動電路適應電力機車的不同應用場景對正電壓保護的需求。
[0082]②負電壓保護電路:該負電壓保護電路可以包括:第三五三極體V35、第三六穩壓二極體V36、第三四電阻R34、第三二電阻R32、第三一電阻R31、第三七二極體V37和第三五電阻R35 ;第三五三極體V35的發射極與第二高壓側電源輸出端V2P-電連接，第三五三極體V35的基極與第三六穩壓二極體V36的陽極電連接，第三六穩壓二極體V36的陰極通過第三四電阻R34接地，第三五三極體V35的集電極通過第三二電阻R32與主控邏輯電路的負電壓保護輸入端電連接；第三一電阻R31的一端與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接，其另一端通過第三二電阻R32與第三五三極體V35的集電極電連接；第三七二極體V37的陽極接地，第三七二極體V37的陰極通過第三二電阻R32與第三五三極體V35的集電極電連接；第三五電阻R35的一端與第三五三極體V35的基極電連接，其另一端與第三五三極體V35的發射極電連接。
[0083]具體而言，IGBT的導通和關斷對於IGBT的門極G的電壓有明確的要求，如果電壓不符合要求可能造成IGBT損壞；該負電壓保護電路主要以第三五三極體V35和第三六穩壓二極體V36為核心搭建而成；正常情況下，第二高壓側電源輸出端V2P-輸出的電源電壓會使第三六穩壓二極體V36兩端的電壓差低於第三六穩壓二極體V36的反嚮導通閥值，第三五三極體V35處於截止狀態，該負電壓保護電路輸出給主控邏輯電路的是高電平；當第二高壓側電源輸出端V2P-輸出的電源電壓使第三六穩壓二極體V36兩端的電壓差高於第三六穩壓二極體V36的反嚮導通閥值時，第三六穩壓二極體V36反嚮導通，第三五三極體V35導通，該負電壓保護電路輸出給主控邏輯電路的變為低電平；主控邏輯電路的負電壓保護輸入端將低電平作為負電壓故障信號，主控邏輯電路對該負電壓故障信號進行處理，並通過狀態反饋隔離電路反饋到電力機車主控單元，從而使IGBT和該IGBT驅動電路不會受到負電壓過低的影響，保障了 IGBT變流器能夠不受負電壓過高影響而安全可靠運行。由此可見，第二高壓側電源輸出端V2P-輸出的電源電壓是否會使負電壓保護電路輸出低電平，主要取決於第三六穩壓二極體V36的閥值，因此通過將第三六穩壓二極體V36更換成不同閥值的穩壓二極體，可以使該負電壓保護電路具有不同級別的負電壓保護能力，從而可以使該IGBT驅動電路適應電力機車的不同應用場景對負電壓保護的需求。
[0084]③IGBT過壓過流保護電路:該IGBT過壓過流保護電路可以包括:第三四雪崩二極體V34、第三二雪崩二極體V32、第二六電阻R26、第三一穩壓二極體V31、第二七電阻R27、第三零三極體V30、第二四電阻R24、第二五電阻R25、第三三二極體V33、第二九電阻R29、第三零電阻R30和第一七電容C17 ；IGBT的集電極C與第三四雪崩二極體V34的陰極電連接，第三四雪崩二極體V34的陽極與第三二雪崩二極體V32的陰極電連接，第三二雪崩二極體V32的陽極通過第二六電阻R26與第三一穩壓二極體V31的陰極電連接，第三一穩壓二極體V31的陽極通過第二七電阻R27與第三零三極體V30的基極電連接，第三零三極體V30的集電極與主控邏輯電路的IGBT過壓短路保護輸入端電連接，第三零三極體V30的發射極接地；第二四電阻R24的一端與第三零三極體V30的集電極電連接，其另一端與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接；第二五電阻R25的一端與第三一穩壓二極體V31的陰極電連接，其另一端與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接；第三三二極體V33的陽極接地，第三三二極體V33的陰極與第三一穩壓二極體V31的陰極電連接；第二九電阻R29的一端接地，其另一端與第三一穩壓二極體V31的陽極電連接；第三零電阻R30與第一七電容C17相併聯，從而形成兩個並聯節點，其中一個並聯節點與第三零三極體V30的發射極電連接，另一個並聯節點與第三零三極體V30的基極電連接。
[0085]具體而言，該IGBT過壓過流保護電路主要以第三四雪崩二極體V34、第三二雪崩二極體V32、第二六電阻R26、第三一穩壓二極體V31和第三零三極體V30為核心搭建而成；通過對第三四雪崩二極體V34和第三二雪崩二極體V32進行選型可以調整該保護電路的過壓保護閥值，通過對第二六電阻R26和第三一穩壓二極體V31進行選型可以調整該保護電路的短路保護閥值。正常情況下，第三零三極體V30處於截止狀態，該IGBT過壓過流保護電路輸出給主控邏輯電路的是高電平；當IGBT的集電極C的電壓過高擊穿第三四雪崩二極體V34和第三二雪崩二極體V32時，或者當IGBT因短路而出現「退飽和」現象，並使IGBT的集電極C和發射極E之間的電壓變化到設定短路保護閥值時，第三零三極體V30導通，該IGBT過壓過流保護電路輸出給主控邏輯電路的是低電平；主控邏輯電路的IGBT過壓短路保護輸入端將低電平作為IGBT過壓過流故障信號，主控邏輯電路根據該IGBT過壓過流故障信號封鎖IGBT的觸發脈衝，並通過狀態反饋隔離電路反饋到電力機車主控單元，從而使IGBT進入關斷狀態，以保障IGBT不會受到IGBT過壓或短路的影響而損壞，進而提升了電力機車用IGBT變流器的安全性和可靠性。由此可見，通過對第三四雪崩二極體V34、第三二雪崩二極體V32、第二六電阻R26和第三一穩壓二極體V31進行選型可以使該IGBT過壓過流保護電路具備不同級別的過壓保護和短路保護能力，因此可以使該IGBT驅動電路適應電力機車的不同應用場景對IGBT過壓保護和短路保護的需求。
[0086](6)驅動放大電路:如圖7和圖8所示，該驅動放大電路可以包括:第三MOS管驅動晶片U3、第一八電容C18、第四零二極體V40、第三八電阻R38、第四一電阻R41、第四一 PMOS管V41、第四MOS管驅動晶片U4、第一九電容C19、第四零電阻R40、第四二穩壓二極體V42、第四三二極體V43、第四二電阻R42、第四三電阻R43、第四四NMOS管V44、第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4、第一適配板電阻RAl和第一適配板電容CAl ；
[0087]第三MOS管驅動晶片U3的第一信號輸入引腳和接地輸入引腳均接地；第三MOS管驅動晶片U3的電源電壓輸入引腳與第一高壓側電源輸出端V2P+和第一八電容C18的一端電連接，第一八電容C18的另一端接地；第三MOS管驅動晶片U3的第二信號輸入引腳與主控邏輯電路的控制信號輸出端電連接，第三MOS管驅動晶片U3的第二信號輸出引腳與第四零二極體V40的陽極電連接，第四零二極體V40的陰極通過第三八電阻R38與第四一 PMOS管V41的柵極電連接，第四一 PMOS管V41的源極與第一高壓側電源輸出端V2P+電連接，第四一 PMOS管V41的漏極與第二適配板電阻RA2的一端電連接；第四一電阻R41的一端與第四零二極體V40的陽極電連接，其另一端與第四一 PMOS管V41的柵極電連接；
[0088]第四MOS管驅動晶片U4的電源電壓輸入引腳接地；第四MOS管驅動晶片U4的第一信號輸入引腳和接地輸入引腳並聯後，與第二高壓側電源輸出端V2P-和第一九電容C19的一端電連接，第一九電容C19的另一端接地；第四MOS管驅動晶片U4的第二信號輸入引腳分別與第四零電阻R40的一端和第四二穩壓二極體V42的陽極電連接，第四零電阻R40的另一端與第二高壓側電源輸出端V2P-電連接，第四二穩壓二極體V42的陰極與第三MOS管驅動晶片U3的第二信號輸出引腳電連接；第四MOS管驅動晶片U4的第二信號輸出引腳與第四三二極體V43的陰極電連接，第四三二極體V43的陽極通過第四二電阻R42與第四四NMOS管V44的柵極電連接，第四四NMOS管V44的源極與第二高壓側電源輸出端V2P-電連接，第四四NMOS管V44的漏極與第四適配板電阻RA4的一端電連接；第四三電阻R43的一端與第四三二極體V43的陰極電連接，其另一端與第四四NMOS管V44的柵極電連接；
[0089]第二適配板電阻RA2的另一端與第四適配板電阻RA4的另一端電連接，並且在與第一適配板電阻RAl的一端和第一適配板電容CAl的一端電連接後，作為驅動放大電路的IGBT門極驅動線輸出；第一適配板電阻RAl的另一端和第一適配板電容CAl的另一端電連接，並且在接地後，作為驅動放大電路的IGBT發射極驅動線輸出。
[0090]其中，主控邏輯電路輸出的控制信號通過第三MOS管驅動晶片U3和第四一 PMOS管V41後放大成為+15V的導通電壓，同時通過第四MOS管驅動晶片U4和第四四NMOS管V44後放大成為-15V的關斷電壓；+15V的導通電壓流經第二適配板電阻RA2，-15V的關斷電壓流經第四適配板電阻RA4，通過改變第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4和第一適配板電容CAl的參數條件可以調整該驅動放大電路所輸出驅動脈衝的di/dt (di/dt是指單位時間內電流變化的多少，即電流變化率)和dv/dt (dv/dt是指單位時間內電壓變化的多少，即電壓變化率)，從而使IGBT驅動電路能夠靈活適應電力機車的不同應用場景的驅動能力需求；第一適配板電阻RAl能夠使IGBT的門極G所積累的電荷得到釋放，從而保證IGBT能夠安全可靠的運行。
[0091](7)門極保護電路:如圖8所示，該門極保護電路可以包括雙向瞬態電壓抑制二極體VAl ;該雙向瞬態電壓抑制二極體VAl並聯在驅動放大電路輸出的IGBT門極驅動線和IGBT發射極驅動線之間；驅動放大電路輸出的IGBT門極驅動線在與雙向瞬態電壓抑制二極體VAl的一端電連接後，與IGBT的門極G電連接；驅動放大電路輸出的IGBT發射極驅動線在與雙向瞬態電壓抑制二極體VAl的另一端電連接後，與IGBT的發射極E電連接。
[0092]其中，該雙向瞬態電壓抑制二極體VAl能夠有效防止IGBT的門極G的電壓尖峰損壞IGBT，從而提高了 IGBT運行的安全性和可靠性；該雙向瞬態電壓抑制二極體VAl的參數條件不同，對IGBT的門極G的保護能力也有所不同，因此可以根據該IGBT驅動電路的實際應用場景對該雙向瞬態電壓抑制二極體VAl進行靈活選型，從而使IGBT驅動電路能夠靈活適應電力機車的不同應用場景對IGBT門極G的電壓保護需求。
[0093](8)驅動適配板:如圖7和圖8所示，門極保護電路以及驅動放大電路的第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4、第一適配板電阻RAl和第一適配板電容CAl均設置於驅動適配板上；驅動放大電路可以包括由第一接線端子Π-1、第二接線端子Π-2和第三接線端子Π-3構成的驅動適配板接口 ；第一接線端子Π-1與第四一PMOS管V41的漏極電連接；第二接線端子Π-2與第四四NMOS管V44的漏極電連接；第三接線端子Π-3接地；在驅動適配板上，對應第一接線端子Π-1的接口線與第二適配板電阻RA2的一端電連接，對應第二接線端子Π-2的接口線與第四適配板電阻RA4的一端電連接，對應第三接線端子Π-3的接口線與第一適配板電阻RAl的接地一端和第一適配板電容CAl的接地一端電連接。
[0094]其中，驅動適配板的一端可以通過雙絞線與驅動適配板接口電連接，而另一端可以通過螺栓直接與IGBT連接，這樣可以有效防止IGBT的電磁幹擾和溫升對該IGBT驅動電路的其他部分產生影響，從而可以保證該IGBT驅動電路能夠安全可靠的運行。
[0095]需要說明的是，本發明所提供的電力機車用變流器的IGBT驅動電路中採用的二極體、三極體、NMOS管、PMOS管、電阻、電容、雪崩二極體、穩壓二極體、變壓器、穩壓器、光纖發射器、光纖接收器等元器件均採用非集成的獨立元器件，由於獨立元器件的抗電磁幹擾能力要遠遠大於集成晶片，因此本發明所述技術方案的抗電磁幹擾能力遠遠強於現有技術，這使得該IGBT驅動電路能夠良好地適應電力機車上複雜惡劣的運行環境，從而有力地保證了電力機車能夠安全可靠運行。[0096]進一步地，該IGBT驅動電路通過電源電壓隔離、控制信號隔離和狀態反饋信號隔離實現了該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側的完全隔離，保證了高壓側的大電壓、大電流不會干擾到與該IGBT驅動電路的低壓側連接的電力機車主控單元；正電壓保護電路和負電壓保護電路能夠使IGBT門級驅動導通和關斷電壓穩定且滿足要求，保障了該IGBT驅動電路能夠安全可靠運行；IGBT過壓過流保護電路能夠及時發現IGBT出現過壓或短路現象，並通過主控邏輯電路迅速封鎖IGBT的門極G的觸發脈衝，從而有效避免了 IGBT的損壞；門極保護電路能夠有效防止IGBT的門極G的電壓尖峰損壞IGBT，從而進一步提高了 IGBT運行的安全性和可靠性；驅動適配板可以將IGBT與絕大部分IGBT驅動電路相隔離，從而可以有效防止IGBT的電磁幹擾和溫升對大部分IGBT驅動電路產生不良影響，保障了該IGBT驅動電路能夠安全可靠運行；由此可見，該IGBT驅動電路不僅能夠良好地適應電力機車上複雜惡劣的運行環境，而且能夠保障IGBT變流器安全可靠地運行。
[0097]此外，在本發明實施例所提供的IGBT驅動電路中，通過對正電壓保護電路中的第三九穩壓二極體V39、負電壓保護電路中的第三六穩壓二極體V36、門極保護電路中的雙向瞬態電壓抑制二極體VAUIGBT過壓過流保護電路中的第三四雪崩二極體V34、第三二雪崩二極體V32、第二六電阻R26和第三一穩壓二極體V31進行靈活選型，可以使該IGBT驅動電路具有不同的線路保護能力，從而能夠適應電力機車的不同應用場景對線路保護能力的需求；通過對驅動放大電路的第二適配板電阻RA2、第四適配板電阻RA4和第一適配板電容CAl進行靈活選型，可以使該IGBT驅動電路具有不同的IGBT驅動能力，從而能夠適應電力機車的不同應用場景對IGBT驅動能力的需求。
[0098]綜上可見，本發明實施例的實施不僅能夠良好地適應電力機車上複雜惡劣的運行環境，而且能夠保障IGBT變流器安全可靠地運行，同時還能夠在電力機車的不同應用場景靈活調節驅動能力和線路保護能力，因而有力地保證了電力機車的安全性和可靠性。
[0099]為使本發明所提供技術方案的內容、目的和有益效果更加清楚，下面通過具體實例進行詳細描述。
[0100]實施例一
[0101]如圖1至圖8所示，一種電力機車用變流器的IGBT驅動電路，連接在電力機車主控單元與變流器的IGBT之間，其具體結構可以採用上述技術方案。
[0102]其中，上述技術方案中所使用的元器件可以採用如下的具體實施方案:
[0103](I)在圖2所示的電路中，第一脈衝變壓器Tl可以採用3個1:1繞組的變壓器，隔離電壓AC1000V，電感值在IOkHZ下約300uH，每個繞組的電阻值小於IOOm歐姆，工作頻率為 35kHz ο
[0104](2)在圖2所示的電路中，第一穩壓電源片Al、第二穩壓電源片A2和第三穩壓電源片A3可以採用意法(ST)的LD1086V，並通過搭建外圍電路來獲取所需的+15V和-15V電壓。第一四二極體V14和第二一穩壓二極體V21可以採用仙童(FAIRCHILD)的IN4733，並通過搭建外圍電路來獲取所需的5V電壓。
[0105](3)在圖3、圖4和圖5所示的電路中，第一光纖發射器V4和第二光纖發射器V15可以採用安華高(AVAGO)的SH1756V，第一光纖接收器V6和第二光纖接收器V2可以採用安華高(AVAGO)的SH1551/1-1V，連接光纖發射器和光纖接收器的光纖可以採用2.2mmP0F光纖，第一 MOS驅動晶片Ul可以採用TELCOM半導體的MOS驅動晶片TC428。[0106](4)在圖6所示的電路中，主控邏輯電路可以採用安森美(ON)的與非門MC14093和MC14023進行搭建；第三四雪崩二極體V34和第三二雪崩二極體V32可以採用西門康(SEMIKR0N)的 SKa3-17。
[0107](5)在圖7所示的電路中，第三MOS管驅動晶片U3和第四MOS管驅動晶片U4為第一級驅動放大，可以採用TELCOM半導體的MOS驅動晶片TC428 ;第四一 PMOS管V41和第四四NMOS管V44為第二級驅動放大，第四一 PMOS管V41可以採用P型功率MOS管IRF9530，第四四NMOS管V44可以採用N型功率MOS管IRF530。
[0108](6)在圖8所示的電路中，雙向瞬態電壓抑制二極體VAl可採用DIODES的1.5KE18CA。
[0109]具體地，該IGBT驅動電路採用TG170C的FR4板材進行電路板布線，敷銅厚度約為50um，並採用4層板進行PCB設計，以使與該IGBT驅動電路的低壓側電連接的地和與該IGBT驅動電路的高壓側電連接的地相隔離，從而取得更好的線路保護效果。
[0110]可見，本發明實施例的實施不僅能夠良好地適應電力機車上複雜惡劣的運行環境，而且能夠保障IGBT變流器安全可靠地運行，同時還能夠在電力機車的不同應用場景靈活調節驅動能力和線路保護能力，因而有力地保證了電力機車的安全性和可靠性。
[0111]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種電力機車用變流器的IGBT驅動電路，連接在電力機車主控單元與變流器的絕緣柵雙極型電晶體IGBT之間，其特徵在於，包括:電源電路、控制信號隔離電路、狀態反饋隔離電路、保護電路、主控邏輯電路、驅動放大電路和門極保護電路； 電源電路包括第一脈衝變壓器(Tl)和電源整流電路；第一脈衝變壓器(Tl)的輸入端與電力機車主控單元電連接，並接收電力機車主控單元發送的24V方波脈衝；第一脈衝變壓器(Tl)的輸出端與電源整流電路電連接，並通過電源整流電路的第一低壓側電源輸出端(VYl)和第二低壓側電源輸出端(VY2)輸出該IGBT驅動電路的低壓側使用的電源電壓，同時通過電源整流電路的第一高壓側電源輸出端(V2P+)、第二高壓側電源輸出端(V2P-)和第三高壓側電源輸出端(VC2)輸出該IGBT驅動電路的高壓側使用的電源電壓，從而實現了電源供電在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；電源整流電路分別與控制信號隔離電路、狀態反饋隔離電路、保護電路和主控邏輯電路電連接； 控制信號隔離電路包括控制信號隔離電路低壓側和控制信號隔離電路高壓側；控制信號隔離電路低壓側的輸入端與電力機車主控單元電連接，並接收電力機車主控單元發送的控制信號；控制信號隔離電路低壓側的輸出端通過光纖與控制信號隔離電路高壓側的輸入端電連接，並將電力機車主控單元發送的控制信號傳輸給控制信號隔離電路高壓側，從而實現了控制信號在該IGBT驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；控制信號隔離電路高壓側的輸出端與主控邏輯電路電連接，並將電力機車主控單元發送的控制信號傳輸給主控邏輯電路； 狀態反饋隔離電路包括狀態反饋隔離電路低壓側和狀態反饋隔離電路高壓側；狀態反饋隔離電路高壓側的輸入端與主控邏輯電路電連接，並接收主控邏輯電路發送的狀態反饋信號；狀態反饋隔離電路高壓側的輸出端通過光纖與狀態反饋隔離電路低壓側的輸入端電連接，並將主控邏輯電路發送的狀態反饋信號傳輸給狀態反饋隔離電路低壓側，從而實現了狀態反饋信號在該IGBT 驅動電路的高壓側與低壓側之間相隔離；狀態反饋隔離電路低壓側與電力機車主控單元電連接，並將主控邏輯電路發送的狀態反饋信號傳輸給電力機車主控單元； 保護電路包括IGBT過壓過流保護電路、正電壓保護電路和負電壓保護電路；IGBT過壓過流保護電路分別與IGBT的集電極(C)和主控邏輯電路電連接，並在IGBT的集電極(C)出現過壓或短路時，向主控邏輯電路發送IGBT過壓過流故障信號；正電壓保護電路分別與第一高壓側電源輸出端(V2P+)和主控邏輯電路電連接，並在第一高壓側電源輸出端(V2P+)的輸出電壓出現故障時，向主控邏輯電路發送正電壓故障信號；負電壓保護電路分別與第二高壓側電源輸出端(V2P-)和主控邏輯電路電連接，並在第二高壓側電源輸出端(V2P-)的輸出電壓出現故障時，向主控邏輯電路發送負電壓故障信號； 主控邏輯電路與驅動放大電路電連接，驅動放大電路通過門極保護電路與IGBT的門極(G)電連接；主控邏輯電路輸出的控制信號依次通過驅動放大電路和門極保護電路後進入到IGBT的門極(G) ；IGBT的發射極(E)接地。
2.根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於，所述的IGBT過壓過流保護電路包括:第三四雪崩二極體(V34)、第三二雪崩二極體(V32)、第二六電阻(R26)、第三一穩壓二極體(V31)、第二七電阻(R27)、第三零三極體(V30)、第二四電阻(R24)、第二五電阻(R25)、第三三二極體(V33)、第二九電阻(R29)、第三零電阻(R30)和第一^b電容(C17)；IGBT的集電極(C)與第三四雪崩二極體(V34)的陰極電連接，第三四雪崩二極體(V34)的陽極與第三二雪崩二極體(V32)的陰極電連接，第三二雪崩二極體(V32)的陽極通過第二六電阻(R26)與第三一穩壓二極體(V31)的陰極電連接，第三一穩壓二極體(V31)的陽極通過第二七電阻(R27 )與第三零三極體(V30 )的基極電連接，第三零三極體(V30 )的集電極與主控邏輯電路的IGBT過壓短路保護輸入端電連接，第三零三極體(V30)的發射極接地；第二四電阻(R24)的一端與第三零三極體(V30)的集電極電連接，其另一端與第一高壓側電源輸出端(V2P+)電連接； 第二五電阻(R25)的一端與第三一穩壓二極體(V31)的陰極電連接，其另一端與第一高壓側電源輸出端(V2P+)電連接； 第三三二極體(V33)的陽極接地，第三三二極體(V33)的陰極與第三一穩壓二極體(V31)的陰極電連接； 第二九電阻(R29)的一端接地，其另一端與第三一穩壓二極體(V31)的陽極電連接；第三零電阻(R30)與第一七電容(C17)相併聯，從而形成兩個並聯節點，其中一個並聯節點與第三零三極體(V30)的發射極電連接，另一個並聯節點與第三零三極體(V30)的基極電連接。
3.根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於，所述的正電壓保護電路包括:第三八三極體(V38)、第三九穩壓二極體(V39)、第三六電阻(R36)、第三三電阻(R33)和第三七電阻(R37)； 第三八三極體(V38)的集電極與主控邏輯電路的正電壓保護輸入端電連接，第三八三極體(V38)的發射極與第一高壓側電源輸出端(V2P+)電連接，第三八三極體(V38)的基極與第三九穩壓二極體(V 39)的陰極電連接，第三九穩壓二極體(V39)的陽極通過第三六電阻(R36)接地； 第三三電阻(R33)的一端接地，其另一端與第三八三極體(V38)的集電極電連接； 第三七電阻(R37)的一端與第三八三極體(V38)的發射極電連接，另一端與第三八三極體(V38)的基極電連接。
4.根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於，所述的負電壓保護電路包括:第三五三極體(V35)、第三六穩壓二極體(V36)、第三四電阻(R34)、第三二電阻(R32)、第三一電阻(R31)、第三七二極體(V37)和第三五電阻(R35)； 第三五三極體(V35)的發射極與第二高壓側電源輸出端(V2P-)電連接，第三五三極體(V35)的基極與第三六穩壓二極體(V36)的陽極電連接，第三六穩壓二極體(V36)的陰極通過第三四電阻(R34)接地，第三五三極體(V35)的集電極通過第三二電阻(R32)與主控邏輯電路的負電壓保護輸入端電連接； 第三一電阻(R31)的一端與第一高壓側電源輸出端(V2P+)電連接，其另一端通過第三二電阻(R32)與第三五三極體(V35)的集電極電連接； 第三七二極體(V37)的陽極接地，第三七二極體(V37)的陰極通過第三二電阻(R32)與第三五三極體(V35)的集電極電連接； 第三五電阻(R35)的一端與第三五三極體(V35)的基極電連接，其另一端與第三五三極體(V35)的發射極電連接。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的驅動電路，其特徵在於，所述的驅動放大電路包括:第三MOS管驅動晶片(U3)、第一八電容(C18)、第四零二極體(V40)、第三八電阻(R38)、第四一電阻(R41)、第四一 PMOS管(V41)、第四MOS管驅動晶片(U4)、第一九電容(C19)、第四零電阻(R40)、第四二穩壓二極體(V42)、第四三二極體(V43)、第四二電阻(R42)、第四三電阻(R43)、第四四NMOS管(V44)、第二適配板電阻(RA2)、第四適配板電阻(RA4)、第一適配板電阻(RAl)和第一適配板電容(CAl)； 第三MOS管驅動晶片(U3)的第一信號輸入引腳和接地輸入引腳均接地；第三MOS管驅動晶片(U3)的電源電壓輸入引腳與第一高壓側電源輸出端(V2P+)和第一八電容(C18)的一端電連接，第一八電容(C18)的另一端接地； 第三MOS管驅動晶片(U3)的第二信號輸入引腳與主控邏輯電路的控制信號輸出端電連接，第三MOS管驅動晶片(U3)的第二信號輸出引腳與第四零二極體(V40)的陽極電連接，第四零二極體(V40)的陰極通過第三八電阻(R38)與第四一 PMOS管(V41)的柵極電連接，第四一 PMOS管(V41)的源極與第一高壓側電源輸出端(V2P+)電連接，第四一 PMOS管(V41)的漏極與第二適配板電阻(RA2)的一端電連接； 第四一電阻(R41)的一端與第四零二極體(V40)的陽極電連接，其另一端與第四一PMOS管(V41)的柵極電連接； 第四MOS管驅動晶片(U4)的電源電壓輸入引腳接地；第四MOS管驅動晶片(U4)的第一信號輸入引腳和接地輸入引腳並聯後，與第二高壓側電源輸出端(V2P-)和第一九電容(C19)的一端電連接，第一九電容(C19)的另一端接地； 第四MOS管驅動晶片(U4)的第二信號輸入引腳分別與第四零電阻(R40)的一端和第四二穩壓二極體(V42)的陽極電連接，第四零電阻(R40)的另一端與第二高壓側電源輸出端(V2P-)電連接，第四二穩壓二極體(V42)的陰極與第三MOS管驅動晶片(U3)的第二信號輸出引腳電連接；第四MOS管驅動晶片(U4)的第二信號輸出引腳與第四三二極體(V43)的陰極電連接，第四三二極體(V43)的陽極通過第四二電阻(R42)與第四四NMOS管(V44)的柵極電連接，第四四NMOS管(V44)的源極與第二高壓側電源輸出端(V2P-)電連接，第四四NMOS管(V44)的漏極與第四適配板電阻(RA4)的一端電連接； 第四三電阻(R43)的一端與第四三二極體(V43)的陰極電連接，其另一端與第四四NMOS管(V44)的柵極電連接； 第二適配板電阻(RA2)的另一端與第四適配板電阻(RA4)的另一端電連接，並且在與第一適配板電阻(RAl)的一端和第一適配板電容(CAl)的一端電連接後，作為驅動放大電路的IGBT門極驅動線輸出； 第一適配板電阻(RAl)的另一端和第一適配板電容(CAl)的另一端電連接，並且在接地後，作為驅動放大電路的IGBT發射極驅動線輸出。
6.根據權利要求5所述的驅動電路，其特徵在於，所述的門極保護電路包括雙向瞬態電壓抑制二極體(VAl);該雙向瞬態電壓抑制二極體(VAl)並聯在驅動放大電路輸出的IGBT門極驅動線和IGBT發射極驅動線之間； 驅動放大電路輸出的IGBT門極驅動線在與雙向瞬態電壓抑制二極體(VAl)的一端電連接後，與IGBT的門極(G)電連接； 驅動放大電路輸出的IGBT發射極驅動線在與雙向瞬態電壓抑制二極體(VAl)的另一端電連接後，與IGBT的發射極(E)電連接。
7.根據權利要求5所述的驅動電路，其特徵在於，所述的門極保護電路以及驅動放大電路的第二適配板電阻(RA2)、第四適配板電阻(RA4)、第一適配板電阻(RAl)和第一適配板電容(CAl)均設置於驅動適配板上； 所述的驅動放大電路包括由第一接線端子(X1-1)、第二接線端子(X1-2)和第三接線端子(X1-3)構成的驅動適配板接口 ； 第一接線端子(Xl-1)與第四一 PMOS管(V41)的漏極電連接；第二接線端子(X1-2)與第四四NMOS管(V44)的漏極電連接；第三接線端子(X1-3)接地； 在驅動適配板上，對應第一接線端子(Xl-1)的接口線與第二適配板電阻(RA2)的一端電連接，對應第二接線端子(X1-2)的接口線與第四適配板電阻(RA4)的一端電連接，對應第三接線端子(X1-3)的接口線與第一適配板電阻(RAl)的接地一端和第一適配板電容(CAl)的接地一端電連 接。
【文檔編號】H02M1/08GK103595225SQ201310505266
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】賀覓知, 徐玉峰, 王傳芳 申請人:北京賽德高科鐵道電氣科技有限責任公司