CN110545029B - 大功率电能变换器的驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种大功率电能变换器的驱动装置，包括上三路和下三路共6个桥臂，所述桥臂均由IGBT和输出端与IGBT的G极连接的驱动电路组成，上三路桥臂均采用独立的驱动电源供电，所述驱动电源还包括母排/母线电容，下三路桥臂共用一个驱动电源供电，下三路桥臂的驱动电路的电源输入端与对应相连的IGBT的E极之间均设有电容，上三路桥臂的IGBT的C极分别与母排/母线电容一端的引出端子连接，下三路桥臂的IGBT的E极分别通过杂散电感与母排/母线电容另一端的引出端子连接。本发明减少了大功率变换器中所需要使用的驱动电源的路数，大大降低驱动电路的成本；同时由于电路的节省更利于单板的布局，实现单板的小型化，提升设备的功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种大功率电能变换器的驱动装置。
背景技术
在电动汽车电机控制器等电能变换装置中,主功率变换部分通常由6个半导体开关器件(或6路若干个开关器件并联单元)组成，如图1所示。特别对于大功率变换电路，对半导体开关器件的控制需要专门的隔离电源来提供供电。尤其在大功率大电流应用场合，通常对于每个半导体开关器件需要单独的驱动电源和驱动电路。即6个桥臂需要6路隔离的开关电源。在小功率应用场合，由于下三桥臂的驱动电源实际上参考相同的地平面，因此从成本角度考虑，通常将下三桥臂的驱动电源供电合为1路，仅采用1个电源，可节省的两路电源，如图2所示。而在大功率大电流应用场合，通常下三桥电源无法合并。
如今的大功率电源变换器中的功率变换单元的驱动电源多采用6路相互独立的驱动电源供电。一方面需要6路电源，成本较高。另一方面，随着对功率密度的追求，单板尺寸越来越小，6路电源在一定程度上严重影响单板PCB的小型化，且给PCB的布局布线带来影响。
在图1中的6个桥臂中，上三路每一路IGBT的发射极的电平均处在跳变状态，最大压差即为系统的母线电压，因此上三路的驱动电源无法采用同一路电源供电，必须是3路相互独立的电源，且要满足功能绝缘的要求。而同一个半桥上下两个桥臂的IGBT发射极之间的最大压差也是母线电压，因此同一个半桥的两个桥臂的电源也必须相互独立，且满足功能绝缘的要求。而对于三个下桥的发射极，在主回路上是同一个节点，可以考虑采用共地的电源，将下三桥的电源缩减为1路。但是由于在大功率变换器中，实际的下三桥IGBT的发射极与N之间通常通过铜排螺钉等连接，这些都会等效为一定量的杂散电感（如图3），同时对于IGBT模块，还应包括IGBT内部主功率连接的电感。这个电感通常在十几到几十nH的等级。在大功率变换器中，开关开通和关断的瞬间，产生极大的电流变化通常在5~10A/ns。如此大的di/dt，会在杂散电感上感应出几十伏的电压。因此在开关动作的时候三个下三桥IGBT的电位实际上会有瞬间几十伏的电位差。而如果强行将三个下桥的发射极连在一起，用一路电源供电，在开关动作的时候产生的压差会造成开关管的误开通或者误关断，甚至造成IGBT门极的击穿损坏。而在小功率的应用场合，电流较小，di/dt很小，开关时刻感应的电压可以忽略，因此可以将下三桥采用1路电源。而在大功率应用场合，目前下三桥电源仍采用三个相互独立的电源。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种大功率电能变换器的驱动装置，以使下三桥共用电源的方案能够在大功率变换装置中实施。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种大功率电能变换器的驱动装置，包括上三路和下三路共6个桥臂，所述桥臂均由IGBT和输出端与IGBT的G极连接的驱动电路组成，上三路桥臂均采用独立的驱动电源供电，所述驱动电源还包括母排/母线电容，下三路桥臂共用一个驱动电源供电，下三路桥臂的驱动电路的电源输入端与对应相连的IGBT的E极之间均设有电容，上三路桥臂的IGBT的C极分别与母排/母线电容一端的引出端子连接，下三路桥臂的IGBT的E极分别通过杂散电感与母排/母线电容另一端的引出端子连接。
进一步地，母排/母线电容包括电容本体和两端的引出端子，电容本体和两端的引出端子之间还包括杂散电感。
进一步地，所述驱动电源为正负极电源供电或单端的正电源供电。
本发明的有益效果为：本发明可以减少大功率变换器中所需要使用的驱动电源的路数，使驱动电源的数量从之前的6路减为4路，大大降低驱动电路的成本；同时由于电路的节省更利于单板的布局，实现单板的小型化，提升设备的功率密度；本发明完全利用装置本身的特性，不需要增加额外器件或者仅需要增加很少的器件即可实现，简单，易于实现。
附图说明
图1是现有技术的第一种方案的电路图。
图2是现有技术的第二种方案的电路图。
图3是现有技术的第三种方案的电路图。
图4是本发明实施例的大功率电能变换器的驱动装置的电路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图4，本发明实施例的大功率电能变换器的驱动装置包括上三路和下三路共6个桥臂以及母排/母线电容。
桥臂均由IGBT和输出端与IGBT的G极连接的驱动电路组成。上三路桥臂均采用独立的驱动电源供电。下三路桥臂共用一个驱动电源供电。下三路桥臂的驱动电路的电源输入端与对应相连的IGBT的E极之间均设有电容，上三路桥臂的IGBT的C极分别与母排/母线电容一端的引出端子连接，下三路桥臂的IGBT的E极分别通过杂散电感与母排/母线电容另一端的引出端子连接。
如图4所示，即大功率电能变换器的驱动装置包括驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4、驱动电路5、驱动电路6、IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、驱动电源1、驱动电源2、驱动电源3、驱动电源5。驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4、驱动电路5、驱动电路6的输出端分别与IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6的G极连接。驱动电路1、驱动电路3、驱动电路5输入端分别与驱动电源1、驱动电源3、驱动电源5的输出端相连。驱动电源1、驱动电源3、驱动电源5的GND极和IGBT1、IGBT3、IGBT5的E极分别连接IGBT2、IGBT4、IGBT6的C极。驱动电源2的输出端和驱动电路2、驱动电路4及驱动电路6的输入端连接，驱动电源2的GND极分别与IGBT2、IGBT4、IGBT6的E极连接。驱动电路2、驱动电路4及驱动电路6的输入端分别与IGBT2IGBT4、IGBT6的E极之间均设有电容。IGBT2、IGBT4、IGBT6的E极均通过一杂散电感与母排/母线电容一端的引出端子连接，IGBT1、IGBT3、IGBT5的C极均与母排/母线电容另一端的引出端子连接。
本发明的N电位网络通过母线电容/叠层母排连接在一起。从IGBT的发射极连接到N电位主要经过IGBT自身功率回路的杂散电感、端子连接的杂散电感、母排/母线电容的杂散电感3部分组成。如图4所示，通常情况下，驱动电源及驱动电路在PCB上，直接和IGBT的C和E相连。本发明在PCB上不直接将下三桥的IGBT直接相连，而是通过母排/母线电容间接连接在一起，中间经过杂散电感。因此在开关管开关时，即使有较大的di/dt，会造成各自发射极电位的瞬时变化。而由于每个驱动电路供电就近有各自电源的电容，因此能够保证IGBT驱动电源的相对电平保持不变或变化可忽略不计。由于IGBT开关切换的过程通常在1us左右，所占比例很低，在非开关状态，杂散电感上的电流变化可忽略，因此杂散电感上没有电压降，杂散电感相当于短路（此时类似图2中小功率变换器的使用情况），电源则可通过杂散电感及母线组成的回路给3路下桥驱动电路电源的电容充电，保证驱动电压的稳定，从而达到在大功率变换器中下三桥使用一路驱动电源的目的。
作为一种实施方式，母排/母线电容包括电容本体和两端的引出端子，电容本体和两端的引出端子之间还包括杂散电感。电容本体和引出端子之间是存在一定的杂散电感（通常不用额外加入）。
作为一种实施方式，所述驱动电源为正负极电源供电或单端的正电源供电。驱动电源给驱动电路提供IGBT驱动所需要的电源，可以是单个正电源或者正负电源。驱动电路借助驱动电源，将IGBT开关信号进行放大后输送到IGBT的门极，通过对门极的控制实现对IGBT的开关控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (3)
1.一种大功率电能变换器的驱动装置，包括上三路和下三路共6个桥臂，所述桥臂均由IGBT和输出端与IGBT的G极连接的驱动电路组成，上三路桥臂均采用独立的驱动电源供电，其特征在于，所述驱动电源还包括母排/母线电容，下三路桥臂共用一个驱动电源供电，下三路桥臂的驱动电路的电源输入端与对应相连的IGBT的E极之间均设有电容，上三路桥臂的IGBT的C极分别与母排/母线电容一端的引出端子连接，下三路桥臂的IGBT的E极分别通过杂散电感与母排/母线电容另一端的引出端子连接。
2.如权利要求1所述的大功率电能变换器的驱动装置，其特征在于，母排/母线电容包括电容本体和两端的引出端子，电容本体和两端的引出端子之间还包括杂散电感。
3.如权利要求1所述的大功率电能变换器的驱动装置，其特征在于，所述驱动电源为正负极电源供电或单端的正电源供电。
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