CN107171538A - 一种t型三电平igbt互补死区驱动电路 - Google Patents

一种t型三电平igbt互补死区驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，包括互补死区电路模块、故障封波电路模块、光耦互锁电路模块。本发明将DSP芯片发出的一路驱动信号，转变成两路互补并带有死区的驱动信号，经光耦隔离互锁，输出给驱动板以驱动IGBT模块，从而DSP芯片只需发出两路驱动信号，就可转变成所需的四路驱动信号，驱动T型三电平IGBT。光耦互锁电路可实现强弱电电气隔离并形成互锁，两路驱动信号不可同时为高，有效避免了IGBT直通短路故障。当发生IGBT故障或急停时，故障封波电路可立即封锁驱动信号，保证T型三电平IGBT可靠关断。本发明节省了DSP资源，死区时间可调整，杜绝了IGBT直通短路故障，工作可靠稳定。

Description

一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路
技术领域
本发明涉及光伏三电平逆变器技术领域，具体涉及一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路。
背景技术
目前，国家能源局等三部委推出光伏“领跑者”计划，旨在促进先进技术产品应用和产业升级，光伏“领跑者”计划要求，光伏逆变器最高转换效率不低于99％、中国效率不低于98.2％；三电平技术相较于两电平，输出电压更接近正弦波，谐波含量更少，电抗体积更小，采用三电平技术是提升整机效率的有效措施。其中，T型三电平模块包括四个开关管(T1、T2、T3、T4)，需要四路驱动信号，T1管与T3管、T2管与T4管为互补关系，且必须增加死区时间；三相逆变器需要12路驱动信号，这对DSP芯片的资源提出了更高的要求，势必会增加制造成本。
专利CN 201422095Y提出了一种任意增加死区时间的PWM互补输出单元电路，该方案采用DSP提供的死区信号和触发器来控制死区时间，需额外占用DSP资源，同时，在DSP未输出PWM信号时，该方案电路的输出信号中必有一个为高电平，导致半桥中的一个开关管导通，违背了DSP未发波时IGBT必须全部关断的原则。
发明内容
本发明的目的在于针对光伏T型三电平逆变器，提供一种安全可靠的带有互补死区功能的IGBT驱动电路。
本发明是通过以下的技术方案来完成的：一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，包括互补死区电路模块、故障封波电路模块、光耦互锁电路模块；
所述互补死区电路模块包括RC延时电路、与非门逻辑电路构成；所述与非门逻辑电路包括第一与门芯片，第一非门芯片；
所述第一与门芯片的1脚和DSP发出的PWM_1A驱动信号连接，PWM_1A驱动信号经过RC延时电路与第一与门芯片的2脚连接；第一与门芯片的3脚和13脚相连接；第一与门芯片的12脚与故障封波电路模块连接；第一与门芯片的11脚输出，与光耦互锁电路模块连接；
所述第一非门芯片的1脚和DSP发出的PWM_1A驱动信号连接；第一非门芯片的2脚一方面和第一与门芯片的4脚连接，另一方面，经过RC延时电路和第一与门芯片的5脚连接；第一与门芯片的6脚与10脚相连接；第一与门芯片的9脚和故障封波电路模块连接；第一与门芯片的8脚输出，与光耦互锁电路模块连接。
进一步的，上面所述的PWM_1A驱动信号由数字信号处理器DSP提供。
进一步的，所述RC延时电路包括第一电阻、第一电容和第一二极管，所述第一电阻和第一电容串联，第一二极管和第一电阻并联，第一二极管的阳极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地。
进一步的，所述故障封波电路模块包括第二与门芯片、第二电阻，所述第二与门芯片的1脚接收由数字信号处理器发出的使能信号，第二与门芯片的2脚接收故障信号，第二与门芯片的3脚与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地。
进一步的，所述光耦互锁电路模块包括第一光耦芯片、第二光耦芯片、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电容和第三电容，所述第一与门芯片的11脚经过第三电阻和第一光耦芯片的阴极相连接，并和第二光耦芯片的阳极相连接，第二光耦芯片的5脚与8脚之间连接第三电容，第二光耦芯片的6脚和7脚相连后与第六电阻相连；所述第一与门芯片的8脚经过第四电阻和第一光耦芯片的阳极相连接，并和第二光耦芯片的阴极相连接，第一光耦芯片的5脚与8脚之间连接第二电容，第一光耦芯片的6脚和7脚相连后与第五电阻相连。
本发明与现有技术比较，其有益效果是：
1、本发明通过互补死区电路模块，将DSP芯片输出的一路驱动信号，转变成一对互补且带有死区时间的驱动信号，死区时间由第一电阻和第一电容决定，一方面节省了DSP资源，另一方面，从硬件电路上，防止了T1管与T3管、T2管与T4管同时导通，避免了IGBT短路故障的发生。
2、本发明通过故障封波电路，将IGBT故障反馈信号和DSP发出的使能信号进行与逻辑，输出电平再和驱动信号进行与逻辑，使得在DSP允许发波和无IGBT故障的情况下，驱动信号才能最终输出。同时，由于互补死区电路的局限性，输出的两路互补驱动信号必然存在一个高电平，另一个低电平的现象，违背了DSP未发波时IGBT需全部关断的原则，故障封波电路有效解决了这个局限性，使DSP未发波时，IGBT均可靠关断。
3、本发明通过光耦互锁电路，实现了弱电和强电的电气隔离，增强了抗干扰能力，同时，两路带有互补死区的驱动信号经过第四电阻和第五电阻，分别连接第一光耦芯片的阴极和阳极、第二光耦芯片的阳极和阴极，保证最终输出的驱动信号不能同时为高电平，避免了IGBT短路故障，起到了二次保护的作用。
附图说明
图1是本发明的总体控制原理框图；
图2是本发明的电路连接示意图；
图3是本发明的驱动信号时序图。
以上附图中：1为互补死区电路模块；2为故障封波电路模块；3为光耦互锁电路模块；11为RC延时电路。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
本实施例的总体控制原理框图如图1所示，DSP芯片发出EPWM1A和EPWM1B两路驱动信号，经过总线收发器电平变换，输出PWM_1A和PWM_1B；PWM_1A驱动信号经过互补死区驱动电路，输出两路互补并带有死区时间的驱动信号A_T1和A_T3；PWM_1B驱动信号经过互补死区驱动电路，输出两路互补并带有死区时间的驱动信号A_T2和A_T4；A_T1、A_T2、A_T3和A_T4这四路驱动信号，经过驱动板直接驱动T型IGBT模块的四个开关管；同时，DSP发出的发波使能信号和IGBT故障反馈信号共同控制互补死区电路是否输出驱动信号。
如图2所示，整个互补死区驱动电路由互补死区电路模块1、故障封波电路模块2和光耦互锁电路模块3构成，其中互补死区电路模块1由RC延时电路11和与非门逻辑电路构成，RC延时电路11中的第一电阻和第一电容串联，第一二极管和第一电阻并联，第一二极管的阳极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地；RC延时电路的输出是由低电平向高电平缓慢变化的过程，当上升到第一与门芯片的触发电压时，第一与门芯片才能识别此输入信号为高电平，否则默认为低电平，而上升到触发电压的时间即死区时间，由第一电阻和第一电容两者的大小决定，可任意调整。故障封波电路模块2中第二与门芯片的3脚与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地，确保上电初始时刻，故障封波电路模块的输出为低电平，DSP发出的使能信号与第二与门芯片的1脚连接，IGBT故障反馈信号和第二与门芯片的2脚连接，共同决定互补死区电路模块是否输出驱动信号。
PWM_1A经过RC延时电路后和第一与门的2脚连接，PWM_1A直接和第一与门芯片的1脚连接，第一与门的3脚和13脚相连接；第一与门芯片的12脚和第二与门芯片的3脚连接，第一与门芯片的11脚经过第三电阻和第一光耦的阴极相连接、和第二光耦芯片的阳极相连接，第二光耦芯片的6脚和7脚相连，经过第六电阻输出A_T1。
PWM_1A和第一非门芯片的1脚相连，取反后，经过第一非门的2脚输出；一方面和第一与门芯片的4脚连接，另一方面经过RC延时电路后和第一与门芯片的5脚连接，第一与门芯片的6脚和10脚相连接；第一与门芯片的9脚和第二与门芯片的3脚连接，第一与门的8脚经过第四电阻和第一光耦芯片的阳极相连接、和第二光耦芯片的阴极相连接，第一光耦芯片的6脚和7脚相连，经过第五电阻输出A_T3。可以看出，当第一与门芯片的11脚和8脚同时输出高电平时，A_T1和A_T3同时为低电平，实现了互锁的功能，起到了二次保护的作用。
为了更清晰的说明本发明的工作原理，输入与输出的驱动信号时序图如图3所示。其中，PWM_1A为输入的驱动信号，A_T1和A_T3为输出的驱动信号，EN_T1_T3为IGBT故障反馈信号和DSP使能信号进行与逻辑后得到的控制信号。当PWM_1A由低电平跳变为高电平时，第一与门芯片的3脚并不能直接输出高电平，只有经过死区时间t后，RC延时电路的输出电压才能达到第一与门芯片的触发电压，即第一与门芯片的3脚才能输出高电平，使得A_T1变为高电平，而PWM_1A由低电平跳变为高电平时，第一非门的2脚立即由高电平跳变为低电平，使得A_T3变为低电平。当PWM_1A由高电平跳变为低电平时，第一与门芯片的3脚立即由高电平跳变为低电平，使得A_T1变为低电平，而PWM_1A由高电平跳变为低电平时，第一非门芯片的2脚立即跳变为高电平，同理，此时第一与门芯片的6脚并不能直接输出高电平，只有经过死区时间t后，RC延时电路输出电压达到第一与门芯片的触发电压时，第一与门芯片的6脚才能输出高电平，使得A_T3变为高电平。从而，由一路PWM_1A驱动信号，最终输出两路互补且带有死区的驱动信号，电路简单，安全可靠。同时，当出现IGBT故障或DSP不允许发波时，控制信号EN_T1_T3跳变成低电平，可以看出，不管输入的驱动信号PWM_1A电平如何，A_T1和A_T3这两路输出驱动信号均变为低电平，实现IGBT可靠关断。
本发明所述的一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，节省了DSP资源，死区时间可以随意调整，并杜绝了IGBT直通短路故障，工作可靠稳定。
以上所述仅为本发明的实施例，并不能以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明所作的等效变换或修饰，或直接运用在其他相关技术领域，都应涵盖在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，其特征在于：它包括数字信号处理器、互补死区电路模块、故障封波电路模块、光耦互锁电路模块；
所述互补死区电路模块包括RC延时电路、与非门逻辑电路，所述与非逻辑电路包括第一与门芯片，第一非门芯片；
所述第一与门芯片的1脚和数字信号处理器发出的PWM_1A驱动信号连接，PWM_1A驱动信号经过RC延时电路与第一与门芯片的2脚连接；第一与门芯片的3脚和13脚相连接；第一与门芯片的12脚与故障封波电路连接；第一与门芯片的11脚输出，与光耦互锁电路模块连接；
所述第一非门芯片的1脚和数字信号处理器发出的PWM_1A驱动信号连接；第一非门芯片的2脚一方面和第一与门芯片的4脚连接，另一方面经过RC延时电路和第一与门芯片的5脚连接；第一与门芯片的6脚与10脚相连接；第一与门芯片的9脚和故障封波电路模块连接；第一与门芯片的8脚输出，与光耦互锁电路模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，其特征在于：所述数字信号处理器为DSP信号处理器。
3.根据权利要求1所述的一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，其特征在于：所述RC延时电路包括第一电阻、第一电容和第一二极管，所述第一电阻和第一电容串联，第一二极管和第一电阻并联，第一二极管的阳极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，其特征在于：所述故障封波电路模块包括第二与门芯片、第二电阻，所述第二与门芯片的1脚接收由数字信号处理器发出的使能信号，第二与门芯片的2脚接收故障信号，第二与门芯片的3脚与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种T型三电平IGBT互补死区驱动电路，其特征在于：所述光耦互锁电路模块包括第一光耦芯片、第二光耦芯片、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电容和第三电容，所述第一与门芯片的11脚经过第三电阻和第一光耦芯片的阴极相连接，并和第二光耦芯片的阳极相连接，第二光耦芯片的5脚与8脚之间连接第三电容，第二光耦芯片的6脚和7脚相连后与第六电阻相连；所述第一与门芯片的8脚经过第四电阻和第一光耦芯片的阳极相连接，并和第二光耦芯片的阴极相连接，第一光耦芯片的5脚与8脚之间连接第二电容，第一光耦芯片的6脚和7脚相连后与第五电阻相连。
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