CN104201870B - 双光纤接口的igbt驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IGBT驱动电路，具体是一种双光纤接口的IGBT驱动电路。本发明支持一个桥臂两个IGBT的驱动，整个电路由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成。输入电路由电源连接器和光纤收发接口组成；驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；输出电路包括上管输出接口和下管输出接口。本发明能够可靠驱动1700V及以下电压等级的大功率IGBT，支持两种光纤接口，驱动电阻、短路保护检测窗口、故障保护锁存时间方面可以灵活调整，具有明显的应用前景。

Description

双光纤接口的IGBT驱动电路
技术领域
本发明涉及一种IGBT驱动电路，具体是一种双光纤接口的IGBT驱动电路。
背景技术
近年来，IGBT功率器件在电力变换电路中应用越来越广泛，为了使IGBT器件可靠的工作，就需要设计专门用于驱动IGBT开通关断的电路装置，IGBT工作在高电压和大电流状态下，电磁环境很复杂，所以要求IGBT驱动信号在传输到IGBT的过程中，能够承受较强的电磁干扰，随着光纤传输技术的进步，将光纤用于IGBT驱动信号的传输成为可能。目前，光纤传输在高电压领域应用较多，在1700V及以下等级IGBT的应用中，仍很少出现。
目前，大部分IGBT驱动装置的驱动信号接口为低压电接口，故障时，驱动信号和反馈信号只有较短时间的故障锁存，其缺点是：1）抗电磁干扰能力较差；2）驱动信号和反馈信号无定时锁存功能或锁存时间不可调整。
发明内容
本发明从提高IGBT驱动抗干扰性和故障保护的需求出发，提供了一种双光纤接口的IGBT驱动电路。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种双光纤接口的IGBT驱动电路，支持一个桥臂两个IGBT的驱动，整个电路由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成；
输入电路包括两部分：一部分是电源连接器，将外部的DC15V电源接入驱动电路；另一部分是光纤收发接口，光纤收发接口包括接收部和发送部，接收部实现光到电的转换，将接收自控制系统的PWM调制光信号转换为电信号，供驱动电路使用；发送部实现电到光的转换，将IGBT开关状态电信号变换为光信号，然后反馈给控制系统；在光纤收发接口应用电路原理设计时，兼顾AVAGO公司和PANASONIC两个公司光纤器件的应用电路需求，使驱动电路可以选择使用这两个公司的相关光纤接口器件。
驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；电源转换电路将输入的DC15V电源转换为DC5V，给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电；定时锁存电路能够实现故障的定时锁存，在IGBT开关故障时，触发定时锁存电路，此电路立即产生低脉冲信号，通过逻辑电路，将输入脉冲锁定在低电平，实现IGBT主电路的保护；驱动信号调理电路实现驱动信号的滤波、放大、锁存功能，将光纤收发接口变换的PWM电信号，通过电容和集成运放进行滤波和调理，通过逻辑电路进行保护锁存，再利用MOSFET器件对其进行放大，输出给驱动芯片；故障指示与反馈电路将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯，另一方面将故障反馈电信号通过光纤收发接口传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号；
驱动芯片实现驱动信号和反馈信号的隔离、放大，将驱动前级电路的PWM驱动信号隔离放大后提供给驱动后级电路，并将检测到的故障反馈信号隔离处理后提供给驱动前级电路；
驱动后级电路分为结构相同的上管驱动电路与下管驱动电路两部分，每部分都是由Vce状态检测电路、检测窗口设置电路、开关状态指示、驱动输出调理电路组成；Vce状态检测电路连接在IGBT的C极上，检测IGBT的开关动作状态，给驱动芯片处理；开关状态指示将驱动芯片隔离放大后的PWM驱动脉冲开关状态以LED灯的模式显示出来；驱动输出调理电路由开通关断电阻、过压抑制吸收电路组成，能够通过器件参数的调整来实现驱动电路和不同IGBT的匹配；检测窗口设置电路由阻容充电电路组成，通过调整阻容电路的器件参数，设置IGBT短路保护的检测延迟时间；
输出电路包括与上管驱动电路对应的上管输出接口以及与下管驱动电路对应的下管输出接口，上、下管输出接口分别利用连接器将各自对应的驱动输出调理电路的驱动信号输出与IGBT的G、E极连接起来、将各自对应的Vce状态检测电路与IGBT的C极连接起来。
本发明能更好的传输驱动信号，提高IGBT变换电路的可靠性，本发明将光纤技术引入1700V等级IGBT的驱动装置中，实现驱动信号和故障反馈信号的可靠传输。并设计了可调整的驱动信号和反馈信号的定时锁存等功能，提高整个驱动装置的可靠性。
本发明双光纤接口的IGBT驱动电路主要解决了以下几个问题：1）驱动反馈信号传输抗干扰性差的问题；2）解决了驱动板只支持一种光纤连接器的问题；3）解决了驱动信号和反馈信号无定时锁存功能或锁存时间不可调整等问题。
本发明双光纤接口的IGBT驱动电路已完成具体的产品制作并投入使用，其能够可靠驱动1700V及以下电压等级的大功率IGBT，支持两种光纤接口，驱动电阻、短路保护检测窗口、故障保护锁存时间方面可以灵活调整，具有明显的应用前景。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
图2为本发明的电路整体结构布局示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步地描述：
如图1所示，一种双光纤接口的IGBT驱动电路，由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成；
输入电路包括两部分：一部分是电源连接器，将外部的DC15V电源接入驱动电路；另一部分是光纤收发接口，光纤收发接口包括接收部和发送部，接收部实现光到电的转换，将接收自控制系统的PWM调制光信号转换为电信号，供驱动电路使用；发送部实现电到光的转换，将IGBT开关状态电信号变换为光信号，然后反馈给控制系统；
驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；电源转换电路将输入的DC15V电源转换为DC5V，给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电；定时锁存电路能够实现故障的定时锁存，在IGBT开关故障时，触发定时锁存电路，此电路立即产生低脉冲信号，通过逻辑电路，将输入脉冲锁定在低电平，实现IGBT主电路的保护；驱动信号调理电路实现驱动信号的滤波、放大、锁存功能，将光纤收发接口变换的PWM电信号，通过电容和集成运放进行滤波和调理，通过逻辑电路进行保护锁存，再利用MOSFET器件对其进行放大，输出给驱动芯片；故障指示与反馈电路将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯，另一方面将故障反馈电信号通过光纤收发接口传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号；
驱动芯片实现驱动信号和反馈信号的隔离、放大，将驱动前级电路的PWM驱动信号隔离放大后提供给驱动后级电路，并将检测到的故障反馈信号隔离处理后提供给驱动前级电路；
驱动后级电路分为结构相同的上管驱动电路与下管驱动电路两部分，每部分都是由Vce状态检测电路、检测窗口设置电路、开关状态指示、驱动输出调理电路组成；Vce状态检测电路连接在IGBT的C极上，检测IGBT的开关动作状态，给驱动芯片处理；开关状态指示将驱动芯片隔离放大后的PWM驱动脉冲开关状态以LED灯的模式显示出来；驱动输出调理电路由开通关断电阻、过压抑制吸收电路组成，能够通过器件参数的调整来实现驱动电路和不同IGBT的匹配；检测窗口设置电路由阻容充电电路组成，通过调整阻容电路的器件参数，设置IGBT短路保护的检测延迟时间；
输出电路包括与上管驱动电路对应的上管输出接口以及与下管驱动电路对应的下管输出接口，上、下管输出接口分别利用连接器将各自对应的驱动输出调理电路的驱动信号输出与IGBT的G、E极连接起来、将各自对应的Vce状态检测电路与IGBT的C极连接起来。
具体实施时，根据本发明双光纤接口的IGBT驱动电路制作了双光纤接口的IGBT驱动装置，电路整体结构布局如图2所示：
外部控制电路提供的电源通过电源连接器P1接入驱动电路装置。
光纤收发接口电路处，集成了两组PCB封装接口，一组是GX1、GX2，可以安装PANASONIC公司的光纤接口器件，另一组是GX1T、GX1R、GX2T、GX2R，可以安装AVAGO公司的光纤接口器件。在电路原理设计上，兼顾AVAGO和PANASONIC两个公司光纤器件的应用电路需求，使驱动电路可以选择使用这两个公司的相关光纤接口器件。
电容C1～C3、电感L1、二极管D3、开关电源芯片U2一起组成电源转换电路，将DC15V电源转换为DC5V, 给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电。
电阻R3、R6、电容C9、逻辑处理芯片U6、LED灯ERROR组成故障指示与反馈电路，将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯ERROR，另一方面，将故障信号传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号。
输出部分，电阻R31～R38、R41～R48、R51～R58、R61～R68与二极管D2、D4组成开关电阻网络，包括开通和关断的电阻，每路输出包括8个并联的开通电阻(R31～R38、R51～R58)和8个并联的关断电阻(R41～R48、R61～R68，位置在板背面，与开通电阻对应的位置)。可以方便进行阻值调整，也可以满足高功耗要求。
连接器VC－TOP、VC-BOT、二极管D7、D8、电阻R29、R30组成Vce状态检测电路，将Vce状态引入驱动板。
电阻R23、R24与电容C42、C44组成检测窗口设置电路，调整电阻电容值可以对检测时间进行调整。
电阻R25～R28与LED灯T-ON、T-OFF、B-ON、B-OFF组成开关状态指示电路，输出脉冲高低电平变化时，响应的灯会亮灭变化。

Claims (1)

1.一种双光纤接口的IGBT驱动电路，其特征在于：由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成；
输入电路包括两部分：一部分是电源连接器，将外部的DC15V电源接入驱动电路；另一部分是光纤收发接口，光纤收发接口包括接收部和发送部，接收部实现光到电的转换，将接收自控制系统的PWM调制光信号转换为电信号，供驱动电路使用；发送部实现电到光的转换，将IGBT开关状态电信号变换为光信号，然后反馈给控制系统；
驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；电源转换电路将输入的DC15V电源转换为DC5V，给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电；定时锁存电路能够实现故障的定时锁存，在IGBT开关故障时，触发定时锁存电路，此电路立即产生低脉冲信号，通过逻辑电路，将输入脉冲锁定在低电平，实现IGBT主电路的保护；驱动信号调理电路实现驱动信号的滤波、放大、锁存功能，将光纤收发接口变换的PWM电信号，通过电容和集成运放进行滤波和调理，通过逻辑电路进行保护锁存，再利用MOSFET器件对其进行放大，输出给驱动芯片；故障指示与反馈电路将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯，另一方面将故障反馈电信号通过光纤收发接口传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号；
驱动芯片实现驱动信号和反馈信号的隔离、放大，将驱动前级电路的PWM驱动信号隔离放大后提供给驱动后级电路，并将检测到的故障反馈信号隔离处理后提供给驱动前级电路；
驱动后级电路分为结构相同的上管驱动电路与下管驱动电路两部分，每部分都是由Vce状态检测电路、检测窗口设置电路、开关状态指示、驱动调理电路组成；Vce状态检测电路连接在IGBT的C极上，检测IGBT的开关动作状态，给驱动芯片处理；开关状态指示将驱动芯片隔离放大后的PWM驱动脉冲开关状态以LED灯的模式显示出来；驱动调理电路由开通关断电阻、过压抑制吸收电路组成，能够通过器件参数的调整来实现驱动电路和不同IGBT的匹配；检测窗口设置电路由阻容充电电路组成，通过调整阻容电路的器件参数，设置IGBT短路保护的检测延迟时间；
输出电路包括与上管驱动电路对应的上管输出接口以及与下管驱动电路对应的下管输出接口，上、下管输出接口分别利用连接器将各自对应的驱动调理电路的驱动信号输出与IGBT的G、E极连接起来、将各自对应的Vce状态检测电路与IGBT的C极连接起来。
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