CN111431385B - 适用于轨道列车的驱动板、辅助逆变模块和辅助逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于轨道列车的驱动板、辅助逆变模块和辅助逆变器，一种适用于轨道列车的驱动板，包括：控制接口、驱动隔离电路、驱动放大电路、过流保护电路、反馈隔离电路和IGBT驱动接口；驱动隔离电路分别与控制接口和驱动放大电路连接；驱动放大电路的输入端分别与驱动隔离电路、过流保护电路连接，输出端分别与IGBT驱动接口、反馈隔离电路连接；过流保护电路同时与IGBT驱动接口连接；反馈隔离电路同时与控制接口连接。本发明通过为驱动放大电路中上下桥臂提供不同的传输延时控制死区时间，通过二级推挽电路和匹配电阻可适配不同的IGBT驱动。过流保护电路能在发生故障时快速关断IGBT。

Description

适用于轨道列车的驱动板、辅助逆变模块和辅助逆变器
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种适用于轨道列车的驱动板、辅助逆变模块和辅助逆变器。
背景技术
辅助逆变模块是辅助逆变器的核心部件，它将列车接触网1500V直流电通过脉宽调制逆变成电压、频率可调的交流电，给列车照明、空调、监控等设备使用。驱动板是辅助逆变模块的核心控制部件，主要用于驱动IGBT通断，同时具有过流保护和状态反馈功能。
随着轨道列车运营年限的增加，电子元器件逐渐老化导致列车故障频发，严重制约着轨道交通的安全、高效运行，越来越多的列车需要更换相应的电子元器件。辅助逆变驱动板作为轨道列车辅助逆变系统中故障率较高的部件之一，原装驱动板主要依赖于国外进口，价格高且供货周期长。
经过检索发现，专利文献CN103856073B公开了一种辅助逆变功率单元及辅助变流器，辅助逆变功率单元包括：框架，所述框架具有底板和侧板，所述侧板的数量为两块，相互平行的固定在所述底板上；盖板，所述盖板的一侧与其中一块所述侧板枢接，另一侧抵顶在另一块所述侧板上，所述盖板与所述侧板垂直；驱动板，固定在所述盖板上。现有相关的专利文献主要是类似上述专利文献一样停留在辅助逆变器级别，并不涉及驱动板的具体设计。为此，需要投入一定的技术力量就此问题进行探索与解决，解决备品备件问题，降低维护成本，提高列车运营的安全性与可靠性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于轨道列车的驱动板、辅助逆变模块和辅助逆变器。
根据本发明提供的一种适用于轨道列车的驱动板，包括：控制接口、驱动隔离电路、驱动放大电路、过流保护电路、反馈隔离电路和IGBT驱动接口；
所述驱动隔离电路分别与所述控制接口和所述驱动放大电路连接；
所述驱动放大电路的输入端分别与所述驱动隔离电路、所述过流保护电路连接，输出端分别与所述IGBT驱动接口、所述反馈隔离电路连接；
所述过流保护电路同时与所述IGBT驱动接口连接；
所述反馈隔离电路同时与所述控制接口连接。
优选地，还包括DC/DC电源电路，所述DC/DC电源电路通过振荡电路和隔离变压器将DC电源转换为隔离电源，为所述驱动放大电路供电。
优选地，所述DC/DC电源电路包括：三端稳压芯片U1、多谐振荡器U2、光耦U4、三极管T5、三极管T6、三极管T3、三极管T4、隔离变压器L2、全桥整流电路和稳压电路；
三端稳压芯片U1为多谐振荡器U2和光耦U4供电；
多谐振荡器U2输出两路方向相反的方波，两路方波分别通过三极管T5和三极管T6、三极管T3和三极管T4控制MOS管T1、MOS管T2轮流导通，使隔离变压器L2一次侧产生方向变化的磁通量，光耦U4能够关断多谐振荡器U2输出的方波；
所述全桥整流电路和所述稳压电路连接在离变压器L2二次侧。
优选地，所述驱动隔离电路采用光耦隔离，所述驱动隔离电路的输入端串联电阻和驱动输入信号连接，输出端使用三极管和所述驱动放大电路连接。
优选地，所述驱动放大电路包括：MOSFET驱动电路、二级推挽放大电路和匹配电阻；
所述MOSFET驱动电路的输出端与所述二级推挽放大电路连接，所述二级推挽放大电路的输出端通过所述匹配电阻与所述IGBT驱动接口连接。
优选地，所述MOSFET驱动电路包括：MOSFET驱动芯片U104A、MOSFET驱动芯片U105A、MOSFET驱动芯片U105B、二极管T104A、二极管T104B、二极管T105A、二极管T105B、电阻R126、电阻R127、电阻R128、电阻R129、电容C116和电容C117；
二极管T104A和二极管T104B反向并联，构成第一反向并联结构，电阻R126与二极管T104B串联，电阻R127与二极管T104A串联，所述第一反向并联结构连接在MOSFET驱动芯片U104A的输出端与MOSFET驱动芯片U105A的输入端之间，电容C116的一端连接在所述第一反向并联结构与所述MOSFET驱动芯片U105A的输入端之间；
二极管T105A和二极管T105B反向并联，构成第二反向并联结构，电阻R128与二极管T105B串联，电阻R129与二极管T105A串联，所述第一反向并联结构连接在MOSFET驱动芯片U104A的输出端与MOSFET驱动芯片U105B的输入端之间，电容C117的一端连接在所述第二反向并联结构与所述MOSFET驱动芯片U105B的输入端之间。
优选地，所述二级推挽放大电路包括：
第一级推挽电路：包括MOSFET驱动芯片U106A和MOSFET驱动芯片U106B；
第二级推挽电路：包括三极管T106、三极管T107、三极管T108和三极管T109；
MOSFET驱动芯片U106A和MOSFET驱动芯片U106B输出的两路信号通过电阻R142分别与所述第一级推挽电路的上下桥臂连接，所述第一级推挽电路的输出与所述第二级推挽电路的上下桥臂连接，所述第二级推挽电路的输出经过匹配电阻R148和所述IGBT驱动接口连接。
优选地，所述过流保护电路检测IGBT导通时IGBT集电极-发射极管压降，由两个三极管构成自锁电路，当检测到过流时将驱动放大电路封锁，关断IGBT。
根据本发明提供的一种辅助逆变模块，包括适用于轨道列车的驱动板。
根据本发明提供的一种辅助逆变器，包括适用于轨道列车的驱动板。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明硬件电路结构简单，将多路IGBT驱动电路集成在一起，安装维护方便。
2、通过为驱动放大电路中上下桥臂提供不同的传输延时可以控制死区时间，有效避免短路情况。
3、通过二级推挽电路和匹配电阻可适配不同型号的IGBT驱动。
4、过流保护电路具有自锁功能，能在发生故障时快速关断IGBT，保护外部高压线路。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种适用于轨道列车的驱动板的结构示意图；
图2为DC/DC电源电路的原理图；
图3为驱动放大电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的一种轨道列车逆变模块驱动板，主要包括：控制接口1、DC/DC电源电路5、驱动隔离电路3、驱动放大电路、过流保护电路、反馈隔离电路4和IGBT驱动接口2。
本实施例提供的一种轨道列车逆变模块驱动板，实现6路电气隔离的IGBT驱动电路，驱动放大电路具有两级推挽输出和死区控制功能。逆变控制单元通过控制接口为驱动板提供DC电源和IGBT驱动信号，DC/DC电源电路通过振荡电路和隔离变压器将DC电源转换为6路隔离电源为驱动放大电路供电，IGBT驱动信号经驱动隔离电路、驱动放大电路和IGBT驱动接口控制大功率IGBT晶体管的导通与关断，过流保护电路检测到故障时封锁IGBT驱动放大电路，并通过反馈隔离电路和控制接口反馈信号到辅助逆变器控制单元。
所述驱动隔离电路，一端与控制接口连接，一端与驱动放大电路连接；所述驱动放大电路，输入端与驱动隔离电路和过流保护电路连接，输出端与IGBT驱动接口和反馈隔离电路连接；过流保护电路同时和IGBT驱动接口连接；反馈隔离电路同时和控制接口连接。
所述控制接口包括+24V、+5V电源、6路驱动输入信号和6路反馈信号。
如图2所示，DC/DC电源电路包括三端稳压芯片U1、多谐振荡器U2、光耦U4、三极管T5、T6、T3、T4、隔离变压器L2、全桥整流电路和稳压电路等，为6路IGBT驱动电路提供相互隔离的+30V、+15V、+5V DC电源。
三端稳压芯片U1输入24V电源，输出12V电源，为多谐振荡器和光耦供电。多谐振荡器U2输出两路频率62.5KHz且方向相反的方波。两路方波经过三极管T5、T6、T3、T4控制T1和T2轮流导通，使变压器L2一次侧产生方向变化的磁通量。使用四个二极管构成全桥整流电路生成30V电源，使用两个15V稳压管Z103、Z104生成15V电源，此处加入电阻R110和R111进行均流，保证两个稳压管都能正常工作。光耦U4用于关断多谐振荡器输出。使用三端稳压芯片78L05生成5V电源。
驱动隔离电路使用光耦隔离，输入端串联220欧姆电阻和驱动输入信号连接，输出端使用三极管和驱动放大电路连接。
如图3所示驱动放大电路，包括MOSFET驱动电路、二级推挽放大电路和匹配电阻。
MOSFET驱动电路主要由MOSFET驱动芯片U104/U105、二极管T104/T405、电阻R126/R127/R128/R129和电容C116/C117构成，具有死区控制功能，与二级推挽放大电路连接。所述二级推挽放大电路由两个MOSFET U106A和U106B构成第一级推挽电路，4个三极管T106/T107/T108/T109构成第二级推挽电路。
死区控制功能的实现：当驱动器U104输出高电平时，C116经过R126充电，C117经过R128充电，R126取值为R128的10倍，因此C117充电速度快，驱动器U105B输出信号快于U105A的输出信号，使推挽电路中下桥臂U106A先关断，上桥臂U106B后导通。当驱动器U104输出低电平时，C116经R127放电，C117经R129放电，R129取值为R127的10倍，因此C116放电速度快，驱动器U105A的输出信号快于U105B的输出信号，使推挽电路中上桥臂U106B先关断，下桥臂U106A后导通。通过调节充放电回路中电容和电阻的参数可以调节死区控制时间，适配不同型号的IGBT晶闸管。
MOSFET输出的两路信号通过电阻R142分别与第一级推挽电路的上下桥臂连接，第一级推挽电路的输出与第二级推挽电路的上下桥臂连接。第二级推挽电路的输出经过匹配电阻R148和IGBT驱动接口，与外部IGBT的门极连接，控制IGBT导通与关断。第二级推挽电路上下桥臂分别使用两个三极管并联输出，提高电流驱动能力。
所述过流保护电路通过检测IGBT导通时IGBT集电极-发射极管压降来实现，主要由两个三极管构成自锁电路，当检测到过流时将驱动放大电路封锁，关断IGBT，保护外部高压线路。
所述轨道列车逆变模块驱动板还包括发光二极管指示模块和IGBT门极电压保护模块。发光二极管指示模块采用LED指示驱动板的工作状态，当IGBT导通时LED亮，当IGBT关断时LED灭；IGBT门极电压保护模块使用限流电阻和稳压管对IGBT门极电压进行保护。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种适用于轨道列车的驱动板，其特征在于，包括：控制接口、驱动隔离电路、驱动放大电路、过流保护电路、反馈隔离电路和IGBT驱动接口；
所述驱动隔离电路分别与所述控制接口和所述驱动放大电路连接；
所述驱动放大电路的输入端分别与所述驱动隔离电路、所述过流保护电路连接，输出端分别与所述IGBT驱动接口、所述反馈隔离电路连接；
所述过流保护电路同时与所述IGBT驱动接口连接；
所述反馈隔离电路同时与所述控制接口连接；
所述驱动放大电路包括：MOSFET驱动电路、二级推挽放大电路和匹配电阻；
所述MOSFET驱动电路的输出端与所述二级推挽放大电路连接，所述二级推挽放大电路的输出端通过所述匹配电阻与所述IGBT驱动接口连接；
所述MOSFET驱动电路包括：MOSFET驱动芯片U104A、MOSFET驱动芯片U105A、MOSFET驱动芯片U105B、二极管T104A、二极管T104B、二极管T105A、二极管T105B、电阻R126、电阻R127、电阻R128、电阻R129、电容C116和电容C117；
二极管T104A和二极管T104B反向并联，构成第一反向并联结构，电阻R126与二极管T104B串联，电阻R127与二极管T104A串联，所述第一反向并联结构连接在MOSFET驱动芯片U104A的输出端与MOSFET驱动芯片U105A的输入端之间，电容C116的一端连接在所述第一反向并联结构与所述MOSFET驱动芯片U105A的输入端之间；
二极管T105A和二极管T105B反向并联，构成第二反向并联结构，电阻R128与二极管T105B串联，电阻R129与二极管T105A串联，所述第二反向并联结构连接在MOSFET驱动芯片U104A的输出端与MOSFET驱动芯片U105B的输入端之间，电容C117的一端连接在所述第二反向并联结构与所述MOSFET驱动芯片U105B的输入端之间。
2.根据权利要求1所述的适用于轨道列车的驱动板，其特征在于，还包括DC/DC电源电路，所述DC/DC电源电路通过振荡电路和隔离变压器将DC电源转换为隔离电源，为所述驱动放大电路供电。
3.根据权利要求2所述的适用于轨道列车的驱动板，其特征在于，所述DC/DC电源电路包括：三端稳压芯片U1、多谐振荡器U2、光耦U4、三极管T5、三极管T6、三极管T3、三极管T4、隔离变压器L2、全桥整流电路和稳压电路；
三端稳压芯片U1为多谐振荡器U2和光耦U4供电；
多谐振荡器U2输出两路方向相反的方波，两路方波分别通过三极管T5和三极管T6、三极管T3和三极管T4控制MOS管T1、MOS管T2轮流导通，使隔离变压器L2一次侧产生方向变化的磁通量，光耦U4能够关断多谐振荡器U2输出的方波；
所述全桥整流电路和所述稳压电路连接在隔离变压器L2二次侧。
4.根据权利要求1所述的适用于轨道列车的驱动板，其特征在于，所述驱动隔离电路采用光耦隔离，所述驱动隔离电路的输入端串联电阻和驱动输入信号连接，输出端使用三极管和所述驱动放大电路连接。
5.根据权利要求1所述的适用于轨道列车的驱动板，其特征在于，所述二级推挽放大电路包括：
第一级推挽电路：包括MOSFET驱动芯片U106A和MOSFET驱动芯片U106B；
第二级推挽电路：包括三极管T106、三极管T107、三极管T108和三极管T109；
MOSFET驱动芯片U106A和MOSFET驱动芯片U106B输出的两路信号通过电阻R142分别与所述第一级推挽电路的上下桥臂连接，所述第一级推挽电路的输出与所述第二级推挽电路的上下桥臂连接，所述第二级推挽电路的输出经过匹配电阻R148和所述IGBT驱动接口连接。
6.根据权利要求1所述的适用于轨道列车的驱动板，其特征在于，所述过流保护电路检测IGBT导通时IGBT集电极-发射极管压降，由两个三极管构成自锁电路，当检测到过流时将驱动放大电路封锁，关断IGBT。
7.一种辅助逆变模块，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的适用于轨道列车的驱动板。
8.一种辅助逆变器，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的适用于轨道列车的驱动板。
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