CN109787454A - 一种高压大功率igbt驱动器及其创建方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高压大功率IGBT驱动器及其创建方法，包括：确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上，将所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置；其中，所述驱动主板通过接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。本申请可以充分利用高压大功率IGBT器件控制端子的安装空间，降低了IGBT驱动电路在高压隔离电气间隙和爬电距离方面的设计难度，有利于减小IGBT驱动电路的体积，提高变流器模块设计中IGBT驱动主板安装的自由度，有利于变流器模块的小型化和高功率密度设计。
Description
技术领域
本发明涉及IGBT器件领域，特别涉及一种高压大功率IGBT驱动器及其创建方法。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，缘栅双极晶体管)是第三代电力电子器件，它集GTR(Giant Transistor，功率晶体管)和MOSFET(Metal-Oxide SemiconductorField-Effect Transistor，绝缘栅场效应管)的优点于一身，具有易于驱动、电流容量大、关断可控、开关频率高的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于工业传动、新能源与轨道交通等电力电子装置中。IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。
目前，高压大功率IGBT驱动器通常有两种：
一种IGBT驱动电路主要包括IGBT驱动主板和IGBT适配板，IGBT适配板为无源适配板，通常包括门极钳位TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态二极管)和IGBT端电压钳位TVS，IGBT驱动主板包括隔离电源、故障检测电路、驱动控制电路和功率放大电路。这种方式门极钳位效率不高，对于高压IGBT二类短路的保护效果不佳。另外故障检测电路需要引入IGBT集电极，使得IGBT驱动主板需要考虑集电极和发射极的电气间隙与爬电距离，导致一般驱动板主板都比较大，不利于IGBT驱动小型化设计与变流器模块的高功率密度设计。
另外一种IGBT驱动电路直接安装在IGBT器件上，由于IGBT器件控制端子安装空间有限，而且高压大功率IGBT要求的电气间隙与爬电距离较大，IGBT驱动器尺寸往往大于IGBT器件控制端子的安装空间，限制了变流器模块IGBT之间的最小间距，不利于变流器模块的小型化与高功率密度设计。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有利于变流器模块的小型化与高功率密度设计的高压大功率IGBT驱动器及其创建方法。其具体方案如下：
一种高压大功率IGBT驱动器的创建方法，包括：
确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；
将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上，将所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置；
其中，所述驱动主板通过接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。
优选的，所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路及驱动控制电路；所述有源适配板还包括功率放大电路。
优选的，所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路、驱动控制电路及功率放大电路。
优选的，所述有源适配板还包括：
IGBT过压抑制电路和/或IGBT门极过压抑制电路。
优选的，所述确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板的过程包括：
确定一个驱动主板和多个包括故障检测电路的有源适配板；
相应的，所述将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子的过程包括：
将多个所述有源适配板对应安装在多个IGBT器件的控制端子上，以进行多个所述IGBT器件的并联驱动。
优选的，所述确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板的过程包括：
确定总集成板和多个包括故障检测电路的有源适配板；其中，所述总集成板由多个所述驱动主板的电路集成得到，所述有源适配板和所述驱动主板一一对应。
相应的，本发明还公开了一种高压大功率IGBT驱动器，包括驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；
其中，所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上；
其中，所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置，用于接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。
优选的，所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路及驱动控制电路；所述有源适配板还包括功率放大电路；其中：
所述电源隔离电路接收所述外部电源对所述信号隔离电路、所述驱动控制电路及所述有源适配板供电；
所述信号隔离电路传输上位机与所述驱动控制电路之间的信号；
所述驱动控制电路根据所述上位机的控制信号、所述故障检测电路发送的故障信号及电源状态生成驱动信号，并通过所述功率放大电路将所述驱动信号传输至所述IGBT器件，以驱动所述IGBT器件。
优选的，所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路、驱动控制电路及功率放大电路；其中：
所述电源隔离电路接收所述外部电源对所述信号隔离电路、所述驱动控制电路、所述功率放大电路及所述有源适配板供电；
所述信号隔离电路传输上位机与所述驱动控制电路之间的信号；
所述驱动控制电路根据所述上位机的控制信号、所述故障检测电路发送的故障信号及电源状态生成驱动信号，并通过所述功率放大电路将所述驱动信号传输至所述IGBT器件，以驱动所述IGBT器件。
优选的，所述有源适配板还包括：
IGBT过压抑制电路和/或IGBT门极过压抑制电路。
本发明公开了一种高压大功率IGBT驱动器的创建方法，包括：确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上，将所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置；其中，所述驱动主板通过接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。本发明可以充分利用高压大功率IGBT器件控制端子的安装空间，降低了IGBT驱动电路在高压隔离电气间隙和爬电距离方面的设计难度，有利于减小IGBT驱动电路的体积，提高变流器模块设计中IGBT驱动主板安装的自由度，有利于变流器模块的小型化和高功率密度设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种高压大功率IGBT驱动器的创建方法的步骤流程图；
图2为一种高压大功率IGBT驱动器的结构分布图；
图3为一种具体的高压大功率IGBT驱动器的结构分布图；
图4为一种具体的高压大功率IGBT驱动器的结构分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种高压大功率IGBT驱动器的创建方法，参见图1所示，包括：
S1：确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；
S2：将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上，将所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置；
其中，所述驱动主板通过接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。
其中，有关驱动主板和有源适配板中的具体电路由多个电路模块组成，一般有以下两种组合方式：
一种是所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路及驱动控制电路；所述有源适配板包括故障检测电路和功率放大电路；
另一种是所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路、驱动控制电路及功率放大电路，所述有源适配板只包括故障检测电路。
当然，还可以有其他的电路模块安排方式。
进一步的，所述有源适配板还可以包括：IGBT过压抑制电路和/或IGBT门极过压抑制电路。这两个电路模块能够保证在变流器系统故障状态下IGBT器件安全关断，有利于变流器系统的安全稳定运行。
另外，考虑到多个IGBT的驱动问题，可以将多个驱动主板集成到一个总集成板上，每个驱动主板对应一个有源适配器和一个IGBT器件，以达到提高变流器模块的空间利用率和优化电路结构的目的。
进一步的，考虑多个IGBT的并联驱动，可以确定一个驱动主板和多个包括故障检测电路的有源适配板，将多个所述有源适配板对应安装在多个IGBT器件的控制端子上。通过本方法节省空间和器件成本，并达到同步并联驱动多个IGBT的目的。
本发明实施例公开了一种高压大功率IGBT驱动器的创建方法，包括：确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上，将所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置；其中，所述驱动主板通过接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。本发明可以充分利用高压大功率IGBT器件控制端子的安装空间，降低了IGBT驱动电路在高压隔离电气间隙和爬电距离方面的设计难度，有利于减小IGBT驱动电路的体积，提高变流器模块设计中IGBT驱动主板安装的自由度，有利于变流器模块的小型化和高功率密度设计。
相应的，本发明实施例还公开了一种高压大功率IGBT驱动器，参见图2所示，包括驱动主板1和包括故障检测电路的有源适配板2；
其中，有源适配板2安装在IGBT器件的控制端子上；
这里的控制端子包括IGBT器件的集电极、发射极和栅极。
其中，驱动主板1安装在变流器模块的其他位置，用于接收外部电源为有源适配板2提供隔离电源，并通过有源适配板2进行所述IGBT器件的驱动。
可以理解的是，上述故障检测电路的主要功能是对IGBT的工作状态进行检测，当识别到异常工况时，根据IGBT开关状态和IGBT集电极的电压可生成故障信号，并反馈到驱动主板1。该电路一般通过电阻和比较器、电阻电容和比较器、高压二极管和比较器中的任意一种方式实现。
其中，有关驱动主板1和有源适配板2的具体描述，可以参考下文实施例。
本发明可以充分利用高压大功率IGBT器件控制端子的安装空间，降低了IGBT驱动电路在高压隔离电气间隙和爬电距离方面的设计难度，有利于减小IGBT驱动电路的体积，提高变流器模块设计中IGBT驱动主板安装的自由度，有利于变流器模块的小型化和高功率密度设计。
本发明实施例公开了一种具体的高压大功率IGBT驱动器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图3所示：
驱动主板1包括电源隔离电路11、信号隔离电路12及驱动控制电路13；
有源适配板2包括故障检测电路21和功率放大电路22；
其中，电源隔离电路11接收外部电源对信号隔离电路12、驱动控制电路13及有源适配板2供电；
可以理解的是，电源隔离电路11接收外部电源后会生成满足不同电压等级IGBT驱动要求的隔离电源，具体的主电路拓扑结构可以是推挽隔离DC-DC变换器、半桥隔离DC-DC变换器、全桥隔离DC-DC变换器、反激隔离DC-DC变换器和正激隔离DC-DC变换器中的任意一种。其中，通过主电路中的变压器来实现电压隔离，该变压器的隔离电压等级需要满足高压大功率IGBT驱动电源隔离要求。
信号隔离电路12传输上位机与驱动控制电路13之间的信号；该信号隔离电路实现了信号的隔离传输，隔离电压等级满足高压大功率IGBT驱动信号隔离要求，一般的隔离方式包括光纤、光耦、变压器或无芯变压器中的任意一种。
具体的，信号隔离电路12向驱动控制电路13传输上位机发送的控制信号，向上位机传输经过驱动控制电路13的故障信号、电源欠压、故障定时复位的信息。
驱动控制电路13根据所述上位机的控制信号、故障检测电路21发送的故障信号及电源状态生成驱动信号，并通过功率放大电路22将所述驱动信号传输至所述IGBT器件，以驱动所述IGBT器件。
其中，上文提到的电源状态指电源隔离电路11生成的隔离电源的状态，驱动控制电路13负责监控电源以及故障的定时复位。功率放大电路22采用MOSFET、JFET(JunctionField-Effect Transistor，结型场效应管)和BJT(Bipolar Junction Transistor，双极性晶体管)中的一种或几种，对驱动控制电路13输出的驱动信号进行驱动能力放大。
本发明实施例公开了一种具体的高压大功率IGBT驱动器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图4所示：
驱动主板1包括电源隔离电路11、信号隔离电路12、驱动控制电路13及功率放大电路14，有源适配板2只包括故障检测电路21。
其中，每个电路模块具体的作用和实现方式与上述实施例相似，可以参考前一实施例的描述，此处不再赘述。
进一步的，有源适配板2还可以包括：
IGBT过压抑制电路和/或IGBT门极过压抑制电路。
其中，IGBT过压抑制电路的主要功能是保证IGBT正常和故障关断过程或系统其他异常工况下IGBT的端电压都不超过IGBT的额定阻断电压，其电路通过TVS二极管或TVS二极管结合电阻电容实现。具体的，通过检测IGBT集电极电压与发射极电压压差来控制IGBT的栅极，从而实现对IGBT的过压抑制。
另外，IGBT门极过压抑制电路的主要功能是保证在IGBT门极在系统故障时免收门极过压损坏，其电路通过快恢复二极管、肖特基二极管或普通二极管中的一种将门极电压钳位到固定电平。该电路需要由电源隔离电路11供电。
可以理解的是，上述IGBT过压抑制电路、IGBT门极过压抑制电路也可以应用到前文的实施例中，以保护变流器系统安全稳定运行。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种高压大功率IGBT驱动器及其创建方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种高压大功率IGBT驱动器的创建方法，其特征在于，包括：
确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；
将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上，将所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置；
其中，所述驱动主板通过接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。
2.根据权利要求1所述创建方法，其特征在于，
所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路及驱动控制电路；
所述有源适配板还包括功率放大电路。
3.根据权利要求1所述创建方法，其特征在于，
所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路、驱动控制电路及功率放大电路。
4.根据权利要求3所述创建方法，其特征在于，所述有源适配板还包括：
IGBT过压抑制电路和/或IGBT门极过压抑制电路。
5.根据权利要求1至4任一项所述创建方法，其特征在于，
所述确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板的过程包括：
确定一个驱动主板和多个包括故障检测电路的有源适配板；
相应的，所述将所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子的过程包括：
将多个所述有源适配板对应安装在多个IGBT器件的控制端子上，以进行多个所述IGBT器件的并联驱动。
6.根据权利要求1至4任一项所述创建方法，其特征在于，所述确定驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板的过程包括：
确定总集成板和多个包括故障检测电路的有源适配板；其中，所述总集成板由多个所述驱动主板的电路集成得到，所述有源适配板和所述驱动主板一一对应。
7.一种高压大功率IGBT驱动器，其特征在于，包括驱动主板和包括故障检测电路的有源适配板；
其中，所述有源适配板安装在IGBT器件的控制端子上；
其中，所述驱动主板安装在变流器模块的其他位置，用于接收外部电源为所述有源适配板提供隔离电源，并通过所述有源适配板进行所述IGBT器件的驱动。
8.根据权利要求7所述高压大功率IGBT驱动器，其特征在于，所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路及驱动控制电路；所述有源适配板还包括功率放大电路；其中：
所述电源隔离电路接收所述外部电源对所述信号隔离电路、所述驱动控制电路及所述有源适配板供电；
所述信号隔离电路传输上位机与所述驱动控制电路之间的信号；
所述驱动控制电路根据所述上位机的控制信号、所述故障检测电路发送的故障信号及电源状态生成驱动信号，并通过所述功率放大电路将所述驱动信号传输至所述IGBT器件，以驱动所述IGBT器件。
9.根据权利要求7所述高压大功率IGBT驱动器，其特征在于，所述驱动主板包括电源隔离电路、信号隔离电路、驱动控制电路及功率放大电路；其中：
所述电源隔离电路接收所述外部电源对所述信号隔离电路、所述驱动控制电路、所述功率放大电路及所述有源适配板供电；
所述信号隔离电路传输上位机与所述驱动控制电路之间的信号；
所述驱动控制电路根据所述上位机的控制信号、所述故障检测电路发送的故障信号及电源状态生成驱动信号，并通过所述功率放大电路将所述驱动信号传输至所述IGBT器件，以驱动所述IGBT器件。
10.根据权利要求9所述高压大功率IGBT驱动器，其特征在于，所述有源适配板还包括：
IGBT过压抑制电路和/或IGBT门极过压抑制电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190521 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |