CN106685196B - 一种大功率高压变频器中的igbt并联驱动及驱动保护电路 - Google Patents

一种大功率高压变频器中的igbt并联驱动及驱动保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，包括：驱动适配板；PWM一级放大电路；辅助电源掉电保护电路，其包括电源监测电路和驱动复位电路，电源监测电路发送驱动电源复位信号至驱动复位电路，且驱动复位电路与PWM一级放大电路相连；与辅助电源掉电保护电路相连的驱动推挽电路，其与驱动适配板通过驱动电缆连接；驱动短路保护电路，驱动短路保护电路分别与驱动推挽电路和驱动适配板相连；驱动断线保护电路的输入端连接驱动电缆；与驱动短路保护电路信号连接的IGBT软关断电路；驱动故障输出电路，其输入端分别与驱动短路保护电路和驱动断线保护电路相连。本发明具备短路、驱动电源掉电、软关断和驱动电缆断线检测的功能。

Description

一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路
技术领域
本发明涉及大功率变频器调速设备领域，具体涉及一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路。
背景技术
在大功率高压变频器中往往通过绝缘栅双极型晶体管IGBT并联来提升装置的功率等级，由于直接使用高功率等级的IGBT成本较高，一般使用功率等级较小的IGBT并联。IGBT并联驱动及保护中，IGBT并联使用时，由于驱动电缆较多，当驱动电缆端子连接不可靠尤为重要，现有技术中驱动电缆端子连接可靠性通过万用表测量或者其他人工检查手段，实际可操作性差，当出现电缆断线时，不能保证IGBT正常工作。
如图2所示，U相下桥臂三只IGBT并联使用，每个IGBT表面配备有驱动适配板，若IGBTL1对应的驱动电缆断线，IGBTL2、IGBTL3对应驱动正常，当IGBTL2、IGBTL3关断，U相上桥臂IGBT开通，UN电压快速上升至母线电压，由于IGBT门极和集电极之间米勒电容的存在，UN电压的快速变化会在IGBTL1的门极感应出电压，当该电压达到IGBTL1的开启电压时，IGBTL1也会导通，由于此时U相上桥臂IGBT也是导通状态，U相桥臂会出现短路直通状态，短路保护不够及时，就会出现炸管。
IGBT采用正负栅极电压进行开通和关断，正负栅极电压由驱动电源提供，如果发生驱动电源掉电，如驱动供电电源接线端子松动或电源变换回路器件失效，IGBT的开通和关断将变的不可控。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，同时具备短路保护功能，驱动电源掉电保护功能，软关断功能，以及驱动电缆断线检测功能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，包括：
安装于每个并联IGBT表面的驱动适配板；
PWM一级放大电路，用于将PWM信号进行滤波放大处理；
辅助电源掉电保护电路，所述辅助电源掉电保护电路包括电源监测电路和驱动复位电路，所述电源监测电路发送驱动电源复位信号至所述驱动复位电路，且所述驱动复位电路与所述PWM一级放大电路输出端相连；
与所述辅助电源掉电保护电路输出端相连的驱动推挽电路，所述驱动适配板与所述驱动推挽电路的输出端通过驱动电缆连接，当所述PWM信号为低电平，且所述驱动电源复位信号为高电平时，所述驱动推挽电路控制并联的所述IGBT导通，当所述PWM信号为高电平或所述驱动电源复位信号为低电平时，所述驱动推挽电路控制并联的所述IGBT关断；
驱动短路保护电路，所述驱动短路保护电路的输入端分别与所述驱动推挽电路的输出端和所述驱动适配板相连，用于判断所述IGBT是否存在短路故障，并输出短路保护信号和软关断标志信号；
驱动断线保护电路，所述驱动断线保护电路的输入端连接所述驱动电缆，用于判断所述驱动电缆是否存在断线故障，并输出断线保护信号；
IGBT软关断电路，所述IGBT软关断电路与所述驱动短路保护电路的输入端信号连接，用于根据所述软关断标志信号关闭所述IGBT；
驱动故障输出电路，所述驱动故障输出电路的输入端分别与所述驱动短路保护电路和所述驱动断线保护电路的输出端相连，用于根据所述短路保护信号SC和所述断线保护信号输出IGBT故障保护信号。
在上述技术方案的基础上，所述驱动适配板包括驱动开通电阻R1、驱动关闭电阻R2、二极管D1和稳压管D2，所述驱动开通电阻R1、驱动关闭电阻R2、二极管D1和稳压管D2的一端分别连接驱动光缆的接口，所述驱动开通电阻R1的另一端与所述IGBT的门极连接，所述驱动关闭电阻R2的另一端与IGBT的门级连接，所述二极管D1的另一端与IGBT的集电极连接，稳压管D2并联在IGBT的门极与发射极之间。
在上述技术方案的基础上，所述PWM一级放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9和三极管Q1，所述电阻R7的一端接收上层指令的PWM信号，所述电阻R7和电阻R8的连接端与所述三极管Q1的基极连接，电阻R8的另一端与所述三极管Q1的发射极相连并接地，所述三极管Q1的集电极经电阻R9施加+15V电压。
在上述技术方案的基础上，所述辅助电源掉电保护电路包括电源监测电路和驱动复位电路，所述电源监测电路发送驱动电源复位信号至所述驱动复位电路；
所述驱动复位电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、三极管Q2和三极管Q3，驱动电源复位信号经电阻R10至所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2和三极管Q3的基极相连且与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端连接所述PWM一级放大电路的输出端，所述三极管Q2和三极管Q3的发射极相连且与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端连接所述驱动推挽电路，所述三极管Q3的集电极接地。
在上述技术方案的基础上，所述驱动推挽电路包括光耦U1、三极管Q4和三极管Q5，所述光耦U1的原边连接所述辅助电源掉电保护电路的输出端，所述光耦U1的副边经电阻R13连接所述三极管Q4和三极管Q5的基极，三极管Q4的基极和发射极之间连接电阻R14，三极管Q5的基极和发射极之间连接电阻R15，三极管Q4的集电极连接驱动正电源L_+15V，三极管Q5的集电极连接驱动负电源L_-10V，且三极管Q4的发射极经二极管D7、二极管D8和二极管D9连接所述驱动电缆的接口，所述光耦U1的副边经电阻R13连接所述驱动短路保护电路，所述三极管Q5的发射极连接所述驱动电缆的接口。
在上述技术方案的基础上，所述驱动短路保护电路包括滤波电阻R16、滤波电阻R19、上拉电阻R17、滤波电容C1、滤波电容C2、二极管D10、二极管D11、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、二极管D12，比较器U2和比较器U3、电阻R23、电阻R24、电阻R25、三极管Q6、限流电阻R26、电阻R28和光耦U4，
滤波电阻R16的一端连接所述驱动电缆的接口，滤波电阻R16的另一端同时与上拉电阻R17、滤波电容C1和二极管D10阳极相连，上拉电阻R17的另一端上拉至驱动正电源L_+15V，滤波电容C1的另一端和电阻R18相连至所述驱动电缆的接口，二极管D10阴极连接电阻R18的另一端和比较器U2的正端，比较器U2的负端经电阻R21与电源Uref1相连；
滤波电阻R19的一端连接所述驱动推挽电路，滤波电阻R19的另一端同时连接二极管D11阳极和滤波电容C2，滤波电容C2的另一端和电阻R20相连至所述驱动电缆的接口，比较器U3的负端经电阻R22与电源Uref2相连，二极管D11阴极连接电阻R20另一端和比较器U3的正端，二极管D12阴极连接比较器U3的正端，二极管D12阳极连接比较器U3的输出端；
比较器U2的输出端和比较器U3的输出端同时连接电阻R23和R24的连接端，电阻R23的另一端上拉至驱动正电源L_+15V，R24的另一端同时连接电阻R25和三极管Q6的基极，电阻R25的另一端与三极管Q6的发射极同时连接驱动负电源L_-10V，三极管Q6的集电极输出经限流电阻R26与光耦U4原边相连，限流电阻R26的另一端连接至驱动正电源L_+15V，光耦U4输出短路保护信号，短路保护信号经电阻R28下拉至电源接地，光耦U4原边引出软关断标志信号。
在上述技术方案的基础上，所述驱动断线保护电路包括上拉电阻R29、上拉电阻R30、上拉电阻R31、二极管D13、二极管D14、二极管D15、分压电阻R32、分压电阻R33、分压电阻R34、三极管Q7、电阻R35、电阻R36、三极管Q8、电阻R37、光耦U5和电阻R38；
二极管D13、二极管D14、二极管D15的阳极连接所述驱动推挽电路的输出端，二极管D13、二极管D14、二极管D15的阴极并联，共同连接至电阻R32，电阻R32的另一端与三极管Q7的基极相连，电阻R33两端并联在Q7的基极和Q7的发射极之间，Q7的发射极与所述驱动推挽电路的输出端相连，电阻R34一端连接至驱动负电源L_-10V，另一端与三极管Q7发射极相连；
三极管Q7的集电极经电阻R35上拉至驱动正电源L_+15V，三极管Q7的集电极经电阻R36与三极管Q8的基极相连，三极管Q8的发射极与驱动正电源L_+15V相连，三极管Q8的集电极与光耦U5原边相连，电阻R37并联在光耦原边限流；光耦U5副边输出断线保护信号，断线保护信号经电阻R38下拉至电源地。
在上述技术方案的基础上，IGBT软关断电路包括三极管Q9、三极管Q10、电阻R39、电阻R40和电阻R41，其中驱动短路保护电路输出的软关断标志信号STF经电阻R39连接至三极管Q9的基极，三极管Q9和三极管Q10的发射极与驱动负电源L_-10V连接，三极管Q9的集电极与三极管Q10的基极相连，三极管Q10的基极经电阻R40与驱动正电源L_+15V相连，三极管Q10的集电极经电阻R41与驱动正电源L_+15V相连。
在上述技术方案的基础上，所述驱动故障输出电路包括二极管D16、二极管D17、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和三极管Q11，二极管D16、二极管D17的阳极分别于短路保护信号SC、断线保护信号相连，二极管D16、二极管D17的阴极并联，经电阻R42连接至三极管Q11基极，电阻R43并联在三极管Q11的基极和发射极之间，三极管Q11集电极经电阻R44上拉至电源+5V，三极管Q11发射极与电源地相连，三极管发射极经电阻R45输出IGBT故障保护信号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路中的辅助电源掉电保护电路，若检测到辅助电源掉电，输出使能信号，PWM一级放大电路输出信号拉低失能，默认变成管端信号，驱动推挽电路输出的驱动信号经驱动电缆传输给驱动适配器，驱动适配器直接安装在IGBT表面，能够驱动大功率IGBT；当驱动短路保护电路检测到短路直通，输出软关断标志信号给IGBT软关断电路，软关断IGBT，当驱动断线保护电路检测到启动电缆存在断线，输出断线保护信号，当短路保护信号和断线保护信号任何一个动作时，驱动故障输出电路输出IGBT故障保护信号给上层，同时具备短路保护功能，掉电保护功能，软关断功能和驱动电缆断线检测功能，保护功能全面，可操作性强。
附图说明
图1为本发明实施例的结构框图；
图2为本发明实施例中IGBT并联及驱动适配板电路图；
图3为本发明实施例中PWM一级放大电路、辅助电源掉电保护电路和驱动推挽电路的连接电路图；
图4为本发明实施例中驱动电缆的接口示意图；
图5为本发明实施例中驱动短路保护电路图；
图6为本发明实施例中驱动断线保护电路图；
图7为本发明实施例中IGBT软关断电路；
图8为本发明实施例中驱动故障输出电路。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，包括：
安装于每个并联IGBT表面的驱动适配板；
PWM一级放大电路，用于将PWM信号进行滤波放大处理；
辅助电源掉电保护电路，辅助电源掉电保护电路包括电源监测电路和驱动复位电路，电源监测电路发送驱动电源复位信号Power_RST至驱动复位电路，且驱动复位电路与PWM一级放大电路输出端相连；
与辅助电源掉电保护电路输出端相连的驱动推挽电路，驱动适配板与驱动推挽电路的输出端通过驱动电缆连接，当PWM信号为低电平，且驱动电源复位信号Power_RST为高电平时，驱动推挽电路控制并联的IGBT导通，当PWM信号为高电平或驱动电源复位信号Power_RST为低电平时，驱动推挽电路控制并联的IGBT关断；
驱动短路保护电路，驱动短路保护电路的输入端分别与驱动推挽电路的输出端和驱动适配板相连，用于判断IGBT是否存在短路故障，并输出短路保护信号SC和软关断标志信号STF；
驱动断线保护电路，驱动断线保护电路的输入端连接驱动电缆，用于判断驱动电缆是否存在断线故障，并输出断线保护信号Line_OFF；
IGBT软关断电路，IGBT软关断电路与驱动短路保护电路的输入端信号连接，用于根据软关断标志信号STF关闭IGBT；
驱动故障输出电路，驱动故障输出电路的输入端分别与驱动短路保护电路和驱动断线保护电路的输出端相连，用于根据短路保护信号SC和断线保护信号Line_OFF输出IGBT故障保护信号IGBT_FAULT。
参见图2和图4所示，本实施例中设有三并联的IGBT1L、IGBT2L和IGBT3L，第一块驱动适配板包括驱动开通电阻R1、驱动关闭电阻R2、二极管D1和稳压管D2，二极管D1、驱动开通电阻R1、驱动关闭电阻R2和稳压管D2的一端分别对应连接驱动光缆的接口IGBTL_C、IGBT1L_ON、IGBTL_OFF和IGBTL_E，驱动开通电阻R1的另一端与IGBT1L的门极连接，驱动关闭电阻R2的另一端与IGBT1L的门级连接，二极管D1的另一端与IGBT1L的集电极连接，稳压管D2并联在IGBT1L门极与IGBT1L发射极之间。
第二块驱动适配板包括驱动开通电阻R3、驱动关闭电阻R4、二极管D3和稳压管D4，二极管D3、驱动开通电阻R3、驱动关闭电阻R4和稳压管D4的一端分别对应连接驱动光缆的接口IGBTL_C、IGBT2L_ON、IGBTL_OFF和IGBTL_E，驱动开通电阻R3的另一端与IGBT2L的门极连接，驱动关闭电阻R4的另一端与IGBT2L的发射极连接，二极管D3的另一端与IGBT2L的集电极连接，稳压管D4并联在IGBT2L门极与IGBT2L发射极之间。
第三块驱动适配板包括驱动开通电阻R5、驱动关闭电阻R6、二极管D5和稳压管D6，二极管D5、驱动开通电阻R5、驱动关闭电阻R6和稳压管D6的一端分别对应连接驱动光缆的接口IGBTL_C、IGBT3L_ON、IGBTL_OFF和IGBTL_E，驱动开通电阻R5的另一端与IGBT3L的门极连接，驱动关闭电阻R6的另一端与IGBT3L的发射极连接，二极管D5的另一端与IGBT3L的集电极连接，稳压管D6并联在IGBT3L门极与IGBT3L发射极之间。
参见图3和图4所示，PWM一级放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9和三极管Q1，电阻R7的一端接收上层指令的PWM信号，电阻R7和电阻R8的连接端与三极管Q1的基极连接，电阻R8的另一端与三极管Q1的发射极相连并接地，三极管Q1的集电极经电阻R9施加+15V电压。
辅助电源掉电保护电路包括电源监测电路和驱动复位电路，电源监测电路发送驱动电源复位信号Power_RST至驱动复位电路；
其中，驱动复位电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、三极管Q2和三极管Q3，驱动电源复位信号Power_RST经电阻R10至三极管Q2的集电极，三极管Q2和三极管Q3的基极相连且与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端连接PWM一级放大电路的输出端，三极管Q2和三极管Q3的发射极相连且与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端连接驱动推挽电路，三极管Q3的集电极接地。
驱动推挽电路包括光耦U1、三极管Q4和三极管Q5，光耦U1的原边连接电阻R12的另一端，光耦U1的副边经电阻R13连接三极管Q4和三极管Q5的基极，三极管Q4的基极和三极管Q4发射极之间连接电阻R14，三极管Q5的基极和三极管Q5发射极之间连接电阻R15，三极管Q4的集电极连接驱动正电源L_+15V，三极管Q5的集电极连接驱动负电源L_-10V，且三极管Q4的发射极经二极管D7、二极管D8和二极管D9分别连接驱动电缆的接口J1、J3、J5的1脚，光耦U1的副边经电阻R13输出信号L0_3120，三极管Q5的发射极连接驱动电缆的接口J1、J3、J5的2脚。
辅助电源正常时，电源监测电路输出电源复位信号Power_RST为高电平，上层指令发出的PWM信号为低电平，PWM一级放大电路的三极管Q1导通，驱动复位电路的三极管Q2导通，光耦U1导通，驱动推挽电路的三极管Q4导通，IGBT1L_ON、IGBT2L_ON及IGBT3L_ON为+15V电平，并联的IGBT1L、IGBT2L、IGBT3L导通；反之，当上层指令发出的PWM信号为低电平，并联的IGBT1L、IGBT2L、IGBT3L关断。当辅助电源掉电时，电源监测电路输出电源复位信号Power_RST为低电平，驱动复位电路的三极管Q2和三极管Q3均处于截止状态，驱动推挽电路的三极管Q5导通，IGBTL_OFF信号为-10V电平，并联的IGBT1L、IGBT2L、IGBT3L始终处于关断状态。一旦出现辅助电源掉电，首先提前将并联的IGBT关断，而不需要等到出现故障，上层指令相应后再执行关断指令，确保IGBT动作正常，不在掉电情况下进行开通。
参见图5所示，驱动短路保护电路包括滤波电阻R16、滤波电阻R19、上拉电阻R17、滤波电容C1、滤波电容C2、二极管D10、二极管D11、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、二极管D12，比较器U2和比较器U3、电阻R23、电阻R24、电阻R25、三极管Q6、限流电阻R26、电阻R28和光耦U4，
滤波电阻R16的一端连接驱动电缆的接口IGBTL_C，滤波电阻R16的另一端同时与上拉电阻R17、滤波电容C1和二极管D10阳极相连，上拉电阻R17的另一端上拉至驱动正电源L_+15V，滤波电容C1的另一端和电阻R18相连至驱动电缆的接口IGBTL_E，二极管D10阴极连接电阻R18的另一端和比较器U2的正端，比较器U2的负端经电阻R21与电源Uref1相连；
滤波电阻R19的一端接收驱动推挽电路输出信号L0_3120，滤波电阻R19的另一端同时连接二极管D11阳极和滤波电容C2，滤波电容C2的另一端和电阻R20相连至驱动电缆的接口IGBTL_E，比较器U3的负端经电阻R22与电源Uref2相连，二极管D11阴极连接电阻R20另一端和比较器U3的正端，二极管D12阴极连接比较器U3的正端，二极管D12阳极连接比较器U3的输出端；
比较器U2的输出端和比较器U3的输出端同时连接电阻R23和R24的连接端，电阻R23的另一端上拉至驱动正电源L_+15V，R24的另一端同时连接电阻R25和三极管Q6的基极，电阻R25的另一端与三极管Q6的发射极同时连接驱动负电源L_-10V，三极管Q6的集电极输出经限流电阻R26与光耦U4原边相连，限流电阻R26的另一端连接至驱动正电源L_+15V，光耦U4输出短路保护信号SC，短路保护信号SC经电阻R28下拉至电源接地，光耦U4原边引出软关断标志信号STF。
若并联的IGBT未发生短路故障，IGBT开通后处于保护状态，IGBT的集电极和发射极之间的电压VCE很小；关断时，电压VCE接近直流母线电压。若IGBT发生短路，IGBT开通后流过IGBT的电流迅速上升，进入退饱和区间，电压VCE的电压值迅速上升。故可通过IGBT开通后，检测到的电压VCE的电压值超过一定的阈值，可认为IGBT发生短路故障。本电路中，驱动电缆的接口IGBTL_C和IGBT_E分别连接IGBT的集电极和发射极，检测到的电压VCE经过电阻R16、滤波电容C1滤波，避免开通过程中误动作，并经过电阻R18分压，送入比较器U2，与设定的阈值Uref1进行比较，如果超过Uref1，比较器U2输出高电平+15V。信号LO_3120取自光耦U1输出，用于检测IGBT门极开通电压，检测到的门极开通电压经滤波分压后送入比较器U3正端，与预设的阈值Uref2进行比较，超过阈值Uref2，代表IGBT处于完全导通状态，此时比较器U3输出高电平+15V。当两个比较器都输出高电平+15V时，代表IGBT完全导通且有短路故障发生，三极管Q6导通，光耦U4导通，光耦U4输出侧输出的短路保护信号SC为高电平，代表有短路故障，软关断标志信号STF为低电平。
参见图6所示，驱动断线保护电路包括上拉电阻R29、上拉电阻R30、上拉电阻R31、二极管D13、二极管D14、二极管D15、分压电阻R32、分压电阻R33、分压电阻R34、三极管Q7、电阻R35、电阻R36、三极管Q8、电阻R37、光耦U5和电阻R38；
二极管D13、二极管D14、二极管D15的阳极分别连接驱动推挽电路的输出端IGBT1L_ON、IGBT2L_ON、IGBT3L_ON，二极管D13、二极管D14、二极管D15的阴极并联，共同连接至电阻R32，电阻R32的另一端与三极管Q7的基极相连，电阻R33两端并联在Q7的基极和Q7的发射极之间，Q7的发射极与驱动推挽电路的输出端IGBTL_OFF相连，电阻R34一端连接至驱动负电源L_-10V，另一端与三极管Q7发射极相连；
三极管Q7的集电极经电阻R35上拉至驱动正电源L_+15V，三极管Q7的集电极经电阻R36与三极管Q8的基极相连，三极管Q8的发射极与驱动正电源L_+15V相连，三极管Q8的集电极与光耦U5原边相连，电阻R37并联在光耦原边限流；光耦U5副边输出断线保护信号LINE_OFF，断线保护信号LINE_OFF经电阻R38下拉至电源地。
当驱动电缆连接可靠，当上层指令信号PWM为低电平时，三极管Q4导通，IGBT1L_ON、IGBT2L_ON、IGBT3L_ON都是输出高电平，由于驱动适配板上驱动开通电阻R1和驱动关闭电阻R2的存在，IGBTL_OFF信号也为高电平。故断线保护电路中的三极管Q7截止，三极管Q8截止，光耦U5不导通，光耦U5副边输出断线保护信号LINE_OFF为低电平，代表无断线故障。当上层指令信号PWM为高电平时，三极管Q5导通，IGBT1L_ON、IGBT2L_ON、IGBT3L_ON都是输出低电平，由于驱动适配板上驱动开通电阻R1和驱动关闭电阻R2的存在，IGBTL_OFF信号也为低电平。断线保护电路中的三极管Q7截止，光耦U5不导通，光耦U5副边输出断线保护信号LINE_OFF为低电平，代表无断线故障。
当驱动电缆到驱动适配板的任何一端接头未插，以IGBT1L的驱动电缆接口J1未连接为例进行分析说明，由于没有驱动适配板驱动驱动开通电阻R1和驱动关闭电阻R2的连接关系，IGBT1L_ON和IGBTL_OFF将不再保持同一电位，当上层指令信号PWM为低电平时，IGBT1L_ON为高电平，此时IGBTL_OFF相对处于低电平，通过分压电阻R32、分压电阻R33分压后，三极管Q7导通，三极管Q8导通，光耦U5导通，断线检测电路动作，断线保护信号LINE_OFF为高电平。当上层指令信号PWM为高电平时，三极管Q5导通，IGBTL_OFF信号为低电平，而IGBT1L_ON由于上拉电阻R29的作用，IGBT1L_ON为高电平，通过分压电阻R32、分压电阻R33分压后，三极管Q7导通，三极管Q8导通，光耦U5导通，驱动断线检测电路动作，断线保护信号LINE_OFF信号为高电平。同理当IGBT2L、IGBT3L的驱动电缆未连接时，IGBT2L_ON、IGBT3L_ON均始终处于高电平状态(以IGBTL_OFF为电压基准)，驱动断线保护电路动作。
当上层指令信号PWM为低电平时，IGBT1L_ON和IGBTL_OFF为高电平(+15V)，当驱动电缆到驱动适配板的任何一端插头连接，但是某根电缆接触不良，以IGBT1L的驱动电缆接口J1的2脚(IGBTL_OFF)出现松动或断线为例进行分析说明。当上层指令PWM信号变为高电平时，三极管Q5导通，输出的IGBTL_OFF立刻变为低电平(-10V)，但是由于驱动门极电容的存在，IGBT1L_ON不会立刻变为低电平，于是IGBT1L_ON和IGBT_OFF将有短时的电压差存在，故三极管Q7导通，Q8导通，光耦U5导通，断线检测电路动作，断线保护信号LINE_OFF信号为高电平。
当上层指令信号PWM为高电平时，IGBT1L_ON和IGBTL_OFF为低电平(-10V)，以IGBT1L的驱动电缆接口J1的1脚(IGBT1L_ON)出现松动或断线为例进行分析说明。当上层指令信号PWM变为低电平时，三极管Q4导通，IGBT1L_ON立刻变为高电平(+15V)，由于驱动门极电容的存在，IGBTL_OFF将维持短时低电平(-10V)，于是IGBT1L_ON和IGBT_OFF将有短时的电压差存在，故三极管Q7导通，三极管Q8导通，光耦U5导通，断线检测电路动作，断线保护信号LINE_OFF信号为高电平。
参见图7所示，IGBT软关断电路包括三极管Q9、三极管Q10、电阻R39、电阻R40和电阻R41，其中驱动短路保护电路输出的软关断标志信号STF经电阻R39连接至三极管Q9的基极，三极管Q9和三极管Q10的发射极与驱动负电源L_-10V连接，三极管Q9的集电极与三极管Q10的基极相连，三极管Q10的基极经电阻R40与驱动正电源L_+15V相连，三极管Q10的集电极经电阻R41与驱动正电源L_+15V相连。
当发生短路故障时，驱动短路保护电路输出软关断标志STF信号，电压约为驱动负电源L_-10V，此时三极管Q9不导通，三极管Q10导通，驱动正电源L_+15V与驱动负电源L_-10V之间接入电阻R41，由于电阻R41阻值较小，相当于在驱动正负电源间接入较大负载，此时驱动电压下降，IGBT发生短路时，IGBT工作在线性区域，流过的电流是额定值的数倍乃至数十倍，且驱动电压VGE有较大关系，门极电压越高，IGBT短路电流越大，IGBT能承受的短路耐受时间越短。在发生短路后，通过软关断电路，降低门极驱动电压，降低短路电流，减小关断过电压。
参见图8所示，驱动故障输出电路包括二极管D16、二极管D17、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和三极管Q11，二极管D16、二极管D17的阳极分别于短路保护信号SC、断线保护信号LINE_OFF相连，二极管D16、二极管D17的阴极并联，经电阻R42连接至三极管Q11基极，电阻R43并联在三极管Q11的基极和发射极之间，三极管Q11集电极经电阻R44上拉至电源+5V，三极管Q11发射极与电源地相连，三极管发射极经电阻R45输出IGBT故障保护信号IGBT_FAULT。
当短路保护信号SC或者断线保护信号LINE_OFF任何一个有效，即高电平时，三极管Q11导通，三极管Q11集电极输出IGBT故障保护信号IGBT_FAULT为低，代表有故障发生，并将此故障信号返回给上层指令。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于，包括：
安装于每个并联IGBT表面的驱动适配板；
PWM一级放大电路，用于将PWM信号进行滤波放大处理；
辅助电源掉电保护电路，所述辅助电源掉电保护电路包括电源监测电路和驱动复位电路，所述电源监测电路发送驱动电源复位信号至所述驱动复位电路，且所述驱动复位电路与所述PWM一级放大电路输出端相连；
与所述辅助电源掉电保护电路输出端相连的驱动推挽电路，所述驱动适配板与所述驱动推挽电路的输出端通过驱动电缆连接，当所述PWM信号为低电平，且所述驱动电源复位信号为高电平时，所述驱动推挽电路控制并联的所述IGBT导通，当所述PWM信号为高电平或所述驱动电源复位信号为低电平时，所述驱动推挽电路控制并联的所述IGBT关断；
驱动短路保护电路，所述驱动短路保护电路的输入端分别与所述驱动推挽电路的输出端和所述驱动适配板相连，用于判断所述IGBT是否存在短路故障，并输出短路保护信号和软关断标志信号；
驱动断线保护电路，所述驱动断线保护电路的输入端连接所述驱动电缆，用于判断所述驱动电缆是否存在断线故障，并输出断线保护信号；
IGBT软关断电路，所述IGBT软关断电路与所述驱动短路保护电路的输入端信号连接，用于根据所述软关断标志信号关闭所述IGBT；
驱动故障输出电路，所述驱动故障输出电路的输入端分别与所述驱动短路保护电路和所述驱动断线保护电路的输出端相连，用于根据所述短路保护信号SC和所述断线保护信号输出IGBT故障保护信号。
2.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：
所述驱动适配板包括驱动开通电阻R1、驱动关闭电阻R2、二极管D1和稳压管D2，所述驱动开通电阻R1、驱动关闭电阻R2、二极管D1和稳压管D2的一端分别连接驱动光缆的接口，所述驱动开通电阻R1的另一端与所述IGBT的门极连接，所述驱动关闭电阻R2的另一端与IGBT的门级连接，所述二极管D1的另一端与IGBT的集电极连接，稳压管D2并联在IGBT的门极与发射极之间。
3.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：
所述PWM一级放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9和三极管Q1，所述电阻R7的一端接收上层指令的PWM信号，所述电阻R7和电阻R8的连接端与所述三极管Q1的基极连接，电阻R8的另一端与所述三极管Q1的发射极相连并接地，所述三极管Q1的集电极经电阻R9施加+15V电压。
4.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：所述辅助电源掉电保护电路包括电源监测电路和驱动复位电路，所述电源监测电路发送驱动电源复位信号至所述驱动复位电路；
所述驱动复位电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、三极管Q2和三极管Q3，驱动电源复位信号经电阻R10至所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2和三极管Q3的基极相连且与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端连接所述PWM一级放大电路的输出端，所述三极管Q2和三极管Q3的发射极相连且与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端连接所述驱动推挽电路，所述三极管Q3的集电极接地。
5.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：
所述驱动推挽电路包括光耦U1、三极管Q4和三极管Q5，所述光耦U1的原边连接所述辅助电源掉电保护电路的输出端，所述光耦U1的副边经电阻R13连接所述三极管Q4和三极管Q5的基极，三极管Q4的基极和发射极之间连接电阻R14，三极管Q5的基极和发射极之间连接电阻R15，三极管Q4的集电极连接驱动正电源L_+15V，三极管Q5的集电极连接驱动负电源L_-10V，且三极管Q4的发射极经二极管D7、二极管D8和二极管D9连接所述驱动电缆的接口，所述光耦U1的副边经电阻R13连接所述驱动短路保护电路，所述三极管Q5的发射极连接所述驱动电缆的接口。
6.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：所述驱动短路保护电路包括滤波电阻R16、滤波电阻R19、上拉电阻R17、滤波电容C1、滤波电容C2、二极管D10、二极管D11、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、二极管D12，比较器U2和比较器U3、电阻R23、电阻R24、电阻R25、三极管Q6、限流电阻R26、电阻R28和光耦U4，
滤波电阻R16的一端连接所述驱动电缆的接口，滤波电阻R16的另一端同时与上拉电阻R17、滤波电容C1和二极管D10阳极相连，上拉电阻R17的另一端上拉至驱动正电源L_+15V，滤波电容C1的另一端和电阻R18相连至所述驱动电缆的接口，二极管D10阴极连接电阻R18的另一端和比较器U2的正端，比较器U2的负端经电阻R21与电源Uref1相连；
滤波电阻R19的一端连接所述驱动推挽电路，滤波电阻R19的另一端同时连接二极管D11阳极和滤波电容C2，滤波电容C2的另一端和电阻R20相连至所述驱动电缆的接口，比较器U3的负端经电阻R22与电源Uref2相连，二极管D11阴极连接电阻R20另一端和比较器U3的正端，二极管D12阴极连接比较器U3的正端，二极管D12阳极连接比较器U3的输出端；
比较器U2的输出端和比较器U3的输出端同时连接电阻R23和R24的连接端，电阻R23的另一端上拉至驱动正电源L_+15V，R24的另一端同时连接电阻R25和三极管Q6的基极，电阻R25的另一端与三极管Q6的发射极同时连接驱动负电源L_-10V，三极管Q6的集电极输出经限流电阻R26与光耦U4原边相连，限流电阻R26的另一端连接至驱动正电源L_+15V，光耦U4输出短路保护信号，短路保护信号经电阻R28下拉至电源接地，光耦U4原边引出软关断标志信号。
7.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：
所述驱动断线保护电路包括上拉电阻R29、上拉电阻R30、上拉电阻R31、二极管D13、二极管D14、二极管D15、分压电阻R32、分压电阻R33、分压电阻R34、三极管Q7、电阻R35、电阻R36、三极管Q8、电阻R37、光耦U5和电阻R38；
二极管D13、二极管D14、二极管D15的阳极连接所述驱动推挽电路的输出端，二极管D13、二极管D14、二极管D15的阴极并联，共同连接至电阻R32，电阻R32的另一端与三极管Q7的基极相连，电阻R33两端并联在Q7的基极和Q7的发射极之间，Q7的发射极与所述驱动推挽电路的输出端相连，电阻R34一端连接至驱动负电源L_-10V，另一端与三极管Q7发射极相连；
三极管Q7的集电极经电阻R35上拉至驱动正电源L_+15V，三极管Q7的集电极经电阻R36与三极管Q8的基极相连，三极管Q8的发射极与驱动正电源L_+15V相连，三极管Q8的集电极与光耦U5原边相连，电阻R37并联在光耦原边限流；光耦U5副边输出断线保护信号，断线保护信号经电阻R38下拉至电源地。
8.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：
IGBT软关断电路包括三极管Q9、三极管Q10、电阻R39、电阻R40和电阻R41，其中驱动短路保护电路输出的软关断标志信号STF经电阻R39连接至三极管Q9的基极，三极管Q9和三极管Q10的发射极与驱动负电源L_-10V连接，三极管Q9的集电极与三极管Q10的基极相连，三极管Q10的基极经电阻R40与驱动正电源L_+15V相连，三极管Q10的集电极经电阻R41与驱动正电源L_+15V相连。
9.如权利要求1所述的一种大功率高压变频器中的IGBT并联驱动及驱动保护电路，其特征在于：
所述驱动故障输出电路包括二极管D16、二极管D17、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和三极管Q11，二极管D16、二极管D17的阳极分别于短路保护信号SC、断线保护信号相连，二极管D16、二极管D17的阴极并联，经电阻R42连接至三极管Q11基极，电阻R43并联在三极管Q11的基极和发射极之间，三极管Q11集电极经电阻R44上拉至电源+5V，三极管Q11发射极与电源地相连，三极管发射极经电阻R45输出IGBT故障保护信号。
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