CN106230409B - 一种带ntc采集功能的igbt并联驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，包括：脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路、第一信号隔离单元、第二信号隔离单元、隔离变压单元、上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路和NTC采集电路；脉冲处理电路的控制脉冲经第一信号隔离单元送入上管驱动及保护电路和下管驱动及保护电路，用于控制外部电路，并接收反馈信号，反馈信号经第一信号隔离单元送入故障反馈电路；电源输入电路经隔离变压单元为上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路和NTC采集电路供电；NTC采集电路用于采集外部电路的信号。本发明具有IGBT多并联驱动能力、IGBT温度信号监测等优点。

Description

一种带NTC采集功能的IGBT并联驱动器
技术领域
本发明涉及IGBT驱动控制领域，尤其涉及一种带NTC采集功能的IGBT并联驱动器。
背景技术
随着电力电子技术的快速发展，电力电子变流装置的功率等级得以不断提升。IGBT并联应用需求和趋势日趋迫切。加之变流器系统的功率密度的不断提高，变流器工作温度环境非常恶劣，IGBT过温给变流器带来的故障问题越来越多，因此对IGBT的结温进行监测控制也变得非常重要。
在变流器系统中，驱动器被视为连接强电侧IGBT与弱电侧DCU的桥梁。作为变流装置中的核心一环，驱动器能否具备IGBT多并联驱动能力、IGBT温度信号监测等优势，对变流器行业的应用市场拓展和系统安全运行起到至关重要的作用。
目前，国内外主要的驱动器产品公司有CONCEPT、SEMIKRON、INFINEON、青铜剑、飞仕得等，以CONCEPT公司的典型产品SCALE 2系列、SEMIKRON公司的典型产品SKYPER 32系列、INFINEON 公司的典型产品2ED300C17-S系列、青铜剑的典型产品2QD30A17K-I系列、飞仕得的典型产品STACK 4系列为例，国内外驱动器大都只具备双通道驱动能力，其驱动器不具备IGBT多并联驱动能力、IGBT温度信号监测等特征。现有产品均无法满足IGBT多并联驱动及IGBT温度信号监测等功能需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种不仅具有传统驱动器的驱动放大、隔离、过流及短路保护功能，还具有IGBT多并联驱动能力、IGBT温度信号（或称NTC信号）监测等功能的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，包括：脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路、第一信号隔离单元、第二信号隔离单元、隔离变压单元、上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路和NTC采集电路；
所述脉冲处理电路的控制脉冲经所述第一信号隔离单元进行隔离后，分别送入所述上管驱动及保护电路和所述下管驱动及保护电路，所述上管驱动及保护电路和所述下管驱动及保护电路分别用于控制被连接的外部电路，并分别接收外部电路的反馈信号，所述反馈信号经所述第一信号隔离单元进行隔离后送入所述故障反馈电路；
所述电源输入电路经所述隔离变压单元进行隔离变压后，分别为所述上管驱动及保护电路、所述下管驱动及保护电路和所述NTC采集电路供电；
所述NTC采集电路用于采集被连接的外部电路的被采集信号，并将该信号经所述第二信号隔离单元进行隔离后，送入NTC信号处理电路。
作为本发明的进一步改进，所述隔离变压单元包括第一电源隔离单元和第二电源隔离单元；所述第一电源隔离单元用于为所述上管驱动及保护电路和所述下管驱动及保护电路供电；所述第二电源隔离单元用于为所述NTC采集电路供电。
作为本发明的进一步改进，还包括第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口；所述上管驱动及保护电路通过所述第一输入输出接口与外部设备连接，所述下管驱动及保护电路和所述NTC采集电路通过所述第二输入输出接口与外部设备连接，所述脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路通过所述第三输入输出接口与外部设备连接。
作为本发明的进一步改进，所述脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路、第一信号隔离单元、第二信号隔离单元、隔离变压单元、上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路、NTC采集电路、第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口均设置在同一块电路板上。
作为本发明的进一步改进，所述电路板通过开槽划分为原边电路区和次边电路区，所述脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路和第三输入输出接口设置在原边电路区；所述上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路、NTC采集电路、第一输入输出端口和第二输入输出端口设置在次边电路区。
作为本发明的进一步改进，所述次边电路区通过开槽划分为上管区、下管区和采集区；所述上管驱动及保护电路设置在上管区；所述下管驱动及保护电路设置在下管区；所述NTC采集电路设置在采集区。
作为本发明的进一步改进，所述第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口为电连接插座。
作为本发明的进一步改进，所述脉冲处理电路的脉冲输入信号为差分脉冲输入信号。
作为本发明的进一步改进，所述脉冲处理电路还包括对脉冲输入信号进行滤波和防直通处理。
作为本发明的进一步改进，所述第一信号隔离单元为光耦隔离单元或变压器隔离单元；所述第二信号隔离单元为光耦隔离单元或变压器隔离单元。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，不仅具有传统驱动器的驱动放大、隔离、过流及短路保护功能，还具有IGBT多并联驱动能力、IGBT温度信号（或称NTC信号）监测等功能。
2、本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，采用电路板的开槽设计，进一步提高了电气隔离的保护能力，适用于温度环境较恶劣、IGBT多并联应用的变流器系统。
3、本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，使用之后，可以使变流器系统减少开发单独的脉冲处理系统或装置，为变流器系统节省了空间和成本，提高了变流器的功率密度。
4、本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，使用之后，由于具有IGBT温度信号监测功能，实时将温度信号反馈给与第三输入输出端口连接的DCU，在系统异常导致IGBT温度较高时，DCU将进行对变流器工况的有效控制，实现IGBT的温度控制及保护。
附图说明
图1为本发明具体实施例结构示意图。
图2为本发明具体实施例电路板开槽布局示意图。
图3为本发明具体实施例使用状态采集原理示意图。
图4为本发明具体实施例使用状态连接示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明具体实施例的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，包括：脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路、第一信号隔离单元、第二信号隔离单元、隔离变压单元、上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路和NTC采集电路；脉冲处理电路的控制脉冲经第一信号隔离单元进行隔离后，分别送入上管驱动及保护电路和下管驱动及保护电路，上管驱动及保护电路和下管驱动及保护电路分别用于控制被连接的外部电路，并分别接收外部电路的反馈信号，反馈信号经第一信号隔离单元进行隔离后送入故障反馈电路；电源输入电路经隔离变压单元进行隔离变压后，分别为上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路和NTC采集电路供电；NTC采集电路用于采集被连接的外部电路的被采集信号，并将该信号经第二信号隔离单元进行隔离后，送入NTC信号处理电路。
在本实施例中，隔离变压单元包括第一电源隔离单元和第二电源隔离单元；第一电源隔离单元用于为上管驱动及保护电路和下管驱动及保护电路供电；第二电源隔离单元用于为NTC采集电路供电。还包括第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口；上管驱动及保护电路通过第一输入输出接口与外部设备连接，下管驱动及保护电路和NTC采集电路通过第二输入输出接口与外部设备连接，脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路通过第三输入输出接口与外部设备连接。脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路、第一信号隔离单元、第二信号隔离单元、隔离变压单元、上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路、NTC采集电路、第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口均设置在同一块电路板上。第一信号隔离单元为光耦隔离单元或变压器隔离单元；第二信号隔离单元为光耦隔离单元或变压器隔离单元。
在本实施例中，如图1所示，本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器通过第三输入输出接口X3与外部设备DCU（数控处理单元）连接，通过第一输入输出接口X1和第二输入输出接口X2与外部设备IGBT电路连接。在本实施例中，IGBT电路为半桥结构的PrimePACK封装模块。本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器通过第三输入输出接口X3接收DCU所发送的脉冲信号，包括上管脉冲信号和下管脉冲信号，经脉冲处理电路进行滤波、防直通保护等处理后，由第一信号隔离单元进行隔离转换后，分别发送至上管驱动及保护电路和下管驱动及保护电路，上管脉冲信号由上管驱动及保护电路通过第一输入输出接口X1输出至外接的IGBT电路，用于控制IGBT电路上管的开通与关断，下管脉冲信号由下管驱动及保护电路通过第二输入输出接口X2输出至外接的IGBT电路，用于控制IGBT电路下管的开通与关断。控制IGBT电路的开通与关断，包括正常情况下的开通与关断，还包括在异常情况下，如IGBT过流、短路、电源欠压等情况下的关断，从而保护IGBT及系统的安全。上管驱动及保护电路还通过第一输入输出接口X1接收IGBT电路上管的状态反馈信号，并通过第一信号隔离单元进行隔离后发送至故障反馈电路。下管驱动及保护电路还通过第二输入输出接口X2接收IGBT电路下管的状态反馈信号，并通过第一信号隔离单元进行隔离后发送至故障反馈电路。故障反馈电路通过第三输入输出接口X3将状态反馈信号反馈至DCU。同时，本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器由第三输入输出接口X3通过电源输入电路获取电能，并通过第一电源隔离单元进行隔离变压后，独立为上管驱动及保护电路和下管驱动及保护电路，从而降低各电路模块之间的电气干扰。电源输入电路通过第二电源隔离单元为NTC采集电路供电，NTC采集电路通过第二输入输出接口X2采集IGBT电路中的温度信号VNTC，经NTC采集电路取得最高温度值对应的电压信号，并对该电压信号进行压频转换，由第二信号隔离单元进行隔离后生成对应的频率信号，频率信号在NTC信号处理电路进行信号处理后，由第三输入输出接口X3反馈给DCU，DCU解析出相应的温度。如图3所示，IGBT模块中的NTC电阻RNTC一端接地、另一端与电阻R0串联，电阻R0另一端接恒压源VREF，进行分压。随着温度的不同，对应的NTC电阻值RNTC将几乎呈负线性变化，从而得到NTC电阻RNTC两端线性变化的电压VNTC。该电压VNTC经NTC采集电路进行压频转换将电压信号转换为一一对应的频率信号，频率信号隔离后输出，经NTC信号处理后再由第三输入输出接口X3反馈给DCU。从而实现IGBT内部温度信号的采集到电信号的转换等处理。
如图2所示，在本实施例中，电路板通过开槽划分为原边电路区和次边电路区，脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路和第三输入输出接口设置在原边电路区；上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路、NTC采集电路、第一输入输出端口和第二输入输出端口设置在次边电路区。次边电路区通过开槽划分为上管区、下管区和采集区；上管驱动及保护电路设置在上管区；下管驱动及保护电路设置在下管区；NTC采集电路设置在采集区。通过开槽处理，可进一步的对各电路模块进行电气隔离，消除干扰，提高电路的稳定性和适应能力。
在本实施例中，第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口为电连接插座。脉冲处理电路的脉冲输入信号为差分脉冲输入信号。脉冲处理电路还包括对脉冲输入信号进行滤波和防直通处理。
本实施例的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器可通过第一输入输出接口X1和第二输入输出接口X2实现与多个IGBT电路的并联，如图4所示的本发明的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器并联应用驱动方案，n个IGBT模块（n=1,2,3或4）并联应用时的驱动方案，第一输入输出接口X1引出n路门极控制信号GSn，分别控制n个并联IGBT模块中一个IGBT模块的上管；第二输入输出接口X2引出n路门极控制信号GXn，分别控制n个并联IGBT模块中一个IGBT模块的下管；第二输入输出接口X2接收n个IGBT模块的NTC信号至驱动器内部进行信号处理。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于，包括：脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路、第一信号隔离单元、第二信号隔离单元、隔离变压单元、上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路和NTC采集电路；
所述脉冲处理电路的控制脉冲经所述第一信号隔离单元进行隔离后，分别送入所述上管驱动及保护电路和所述下管驱动及保护电路，所述上管驱动及保护电路和所述下管驱动及保护电路分别用于控制被连接的外部电路，并分别接收外部电路的反馈信号，所述反馈信号经所述第一信号隔离单元进行隔离后送入所述故障反馈电路；
所述电源输入电路经所述隔离变压单元进行隔离变压后，分别为所述上管驱动及保护电路、所述下管驱动及保护电路和所述NTC采集电路供电；
所述NTC采集电路用于采集被连接的外部电路的被采集信号，并将该信号经所述第二信号隔离单元进行隔离后，送入NTC信号处理电路；
还包括第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口；所述上管驱动及保护电路通过所述第一输入输出接口与外部设备连接，所述下管驱动及保护电路和所述NTC采集电路通过所述第二输入输出接口与外部设备连接，所述脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路通过所述第三输入输出接口与外部设备连接。
2.根据权利要求1所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述隔离变压单元包括第一电源隔离单元和第二电源隔离单元；所述第一电源隔离单元用于为所述上管驱动及保护电路和所述下管驱动及保护电路供电；所述第二电源隔离单元用于为所述NTC采集电路供电。
3.根据权利要求2所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路、第一信号隔离单元、第二信号隔离单元、隔离变压单元、上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路、NTC采集电路、第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口均设置在同一块电路板上。
4.根据权利要求3所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述电路板通过开槽划分为原边电路区和次边电路区，所述脉冲处理电路、故障反馈电路、电源输入电路、NTC信号处理电路和第三输入输出接口设置在原边电路区；所述上管驱动及保护电路、下管驱动及保护电路、NTC采集电路、第一输入输出端口和第二输入输出端口设置在次边电路区。
5.根据权利要求4所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述次边电路区通过开槽划分为上管区、下管区和采集区；所述上管驱动及保护电路设置在上管区；所述下管驱动及保护电路设置在下管区；所述NTC采集电路设置在采集区。
6.根据权利要求5所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口为电连接插座。
7.根据权利要求1至6任一项所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述脉冲处理电路的脉冲输入信号为差分脉冲输入信号。
8.根据权利要求1至6任一项所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述脉冲处理电路还包括对脉冲输入信号进行滤波和防直通处理。
9.根据权利要求1至6任一项所述的带NTC采集功能的IGBT并联驱动器，其特征在于：所述第一信号隔离单元为光耦隔离单元或变压器隔离单元；所述第二信号隔离单元为光耦隔离单元或变压器隔离单元。
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