CN112202430A - 绝缘栅双极型晶体管的驱动板及驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板及驱动装置，驱动板包括脉冲分配单元和隔离驱动单元，其中，脉冲分配单元将接收到的开关信号分成N个脉冲信号，N个脉冲信号经由N个隔离驱动单元电气隔离和功率放大处理后发送到各自对应的IGBT。可见本发明中采用一块驱动电路板即可实现现有技术中脉冲分配板和驱动板两块电路板的功能，并且不需要考虑和脉冲分配板和驱动板之间的接口问题，缩短了开发周期的同时降低了成本。

Description

绝缘栅双极型晶体管的驱动板及驱动装置
技术领域
本发明涉及驱动控制技术领域，具体为一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板及驱动装置。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。而IGBT作为功率半导体器件，需要匹配的驱动电路才能实现弱电控制信号与强电之间的转换，进行开关控制。
现有的绝缘栅双极型晶体管的驱动架构由依次连接的驱动控制单元(DriveControl Unit，DCU)、脉冲分配板和多个驱动板组成，DCU将开关信号发送给脉冲分配板，脉冲分配板再将开关信号分配给各个驱动板。现有的驱动架构需要开发相匹配的DCU控制板、脉冲分配板和驱动板三种类型的电路板，而且在开发时还需要确保三种电路板之间的接口兼容，导致开发周期长、成本高。
发明内容
本发明提供了一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板及驱动装置，可以解决现有技术中由于驱动架构需要开发相匹配的DCU控制板、脉冲分配板和驱动板三种类型的电路板，导致开发周期长、成本高的问题。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
第一部分、一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板，包括：集成设置的脉冲分配单元和N个隔离驱动单元；其中：
所述脉冲分配单元，用于接收驱动控制单元发送的开关信号，将所述开关信号分成N个脉冲信号，并分别发送到与所述N个脉冲信号一一对应的N个隔离驱动单元；
所述N个隔离驱动单元，用于对接收到的脉冲信号进行电气隔离和功率放大处理后发送到对应的绝缘栅双极型晶体管IGBT；
其中，N为大于或等于1的正整数。
可选的，所述驱动板，还包括：集成设置的电压电流采样单元、温度采样单元和保护单元；其中：
所述电压电流采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的电压电流信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述温度采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的温度信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述保护单元，用于接收所述电压电流信息和所述温度信息，并在检测到所述所述电压电流信息和/或所述温度信息超过预设阈值时，对所述绝缘栅双极型晶体管IGBT进行过压、过流和/或过温保护。
可选的，所述开关信号为脉冲宽度调制PWM信号。
可选的，所述脉冲宽度调制PWM信号为4～20mA的电流信号格式、差分电压信号格式或光纤信号格式。
可选的，所述脉冲分配单元采用现场可编程逻辑门阵列FPGA脉冲分配电路。
可选的，所述隔离驱动单元采用隔离放大电路。
第二部分、一种绝缘栅双极型晶体管的驱动装置，包括：
如第一部分所述的驱动板；
驱动控制单元，用于向所述驱动板的脉冲分配单元发送开关信号。
可选的，所述驱动板，还包括：集成设置的电压电流采样单元、温度采样单元和保护单元；其中：
所述电压电流采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的电压电流信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述温度采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的温度信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述保护单元，用于接收所述电压电流信息和所述温度信息，并在检测到所述所述电压电流信息和/或所述温度信息超过预设阈值时，对所述绝缘栅双极型晶体管IGBT进行过压、过流和/或过温保护；
其中，所述驱动控制单元，用于根据接收到的所述电压电流信息计算应输出的开关信号，并将所述开关信号发送至所述脉冲分配单元。
可选的，所述开关信号为脉冲宽度调制PWM信号。
可选的，所述脉冲宽度调制PWM信号为4～20mA的电流信号格式、差分电压信号格式或光纤信号格式。
经由上述技术方案可知，本发明公开的绝缘栅双极型晶体管的驱动板及驱动装置中，驱动板包括脉冲分配单元和隔离驱动单元，其中，脉冲分配单元将接收到的开关信号分成N个脉冲信号，N个脉冲信号经由N个隔离驱动单元电气隔离和功率放大处理后发送到各自对应的IGBT。可见本发明中采用一块驱动电路板即可实现现有技术中脉冲分配板和驱动板两块电路板的功能，并且不需要考虑和脉冲分配板和驱动板之间的接口问题，缩短了开发周期的同时降低了成本。
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为本发明实施例公开的一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种绝缘栅双极型晶体管的驱动装置的结构示意图
图4为本发明实施例公开的另一种绝缘栅双极型晶体管的驱动装置的结构示意图。
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。
本发明提供了一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板及驱动装置，可以解决现有技术中由于驱动架构需要开发相匹配的DCU控制板、脉冲分配板和驱动板三种类型的电路板，导致开发周期长、成本高的问题。
如图1所示，本发明实施例公开了一种绝缘栅双极型晶体管的驱动装置，包括：
集成设置的脉冲分配单元和N个隔离驱动单元。
其中，所述脉冲分配单元，用于接收驱动控制单元(Drive Control Unit，DCU)发送的开关信号，将所述开关信号分成N个脉冲信号，并分别发送到与所述N个脉冲信号一一对应的N个隔离驱动单元。
所述N个隔离驱动单元，用于对接收到的脉冲信号进行电气隔离和功率放大处理后发送到对应的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
其中，N为大于或等于1的正整数。
可选的，所述开关信号为脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)信号，所述脉冲分配单元采用现场可编程逻辑门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)脉冲分配电路，所述隔离驱动单元采用隔离放大电路。
具体的，FPGA脉冲分配电路在接收到DCU发送的PWM信号后，根据PWM信号和内置的死区算法计算出应分配给每个IGBT的PWM脉冲信号，然后将计算得到的PWM脉冲信号发送到各个隔离放大电路，PWM脉冲信号经过隔离放大电路进行电气隔离和功率放大处理后发送到与各个隔离放大电路输出端对应相连的IGBT，驱动IGBT运行。
可选的，每一个隔离放大电路的输出端可以连接一个IGBT，也可以同时连接两个IGBT。
可选的，所述PWM信号为4～20mA的电流信号格式、差分电压信号格式或光纤信号格式。
需要说明的是，本发明的驱动板的输入，能够支持三种格式的输入信号，其中包括电流信号格式、差分电压信号格式或光纤信号格式。由于一块开发完成的电路板只能支持其中一种输入格式，若要切换输入格式，就需要修改驱动板信号输入部分的电路，修改过程繁琐耗时，所以一般选择一种输入格式后就不再改变，其中使用电流信号格式时，优选4～20mA的电流信号，可以达到最优驱动效果。
本实施例公开的绝缘栅双极型晶体管的驱动板中，驱动板包括脉冲分配单元和隔离驱动单元，其中，脉冲分配单元将接收到的开关信号分成N个脉冲信号，N个脉冲信号经由N个隔离驱动单元电气隔离和功率放大处理后发送到各自对应的IGBT。可见本发明中采用一块驱动电路板即可实现现有技术中脉冲分配板和驱动板两块电路板的功能，并且不需要考虑和脉冲分配板和驱动板之间的接口问题，缩短了开发周期的同时降低了成本。
此外，将脉冲分配板和多个驱动板集成在一块电路板上，缩短了数据信号传输的距离，使驱动装置反应更快速，也进一步减小了驱动装置的体积，提高了功率密度，使其应用范围更广。
可选的，如图2所示，所述驱动板，还包括：集成设置的电压电流采样单元、温度采样单元和保护单元；其中：
所述电压电流采样单元，用于采集IGBT的电压电流信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述温度采样单元，用于采集IGBT的温度信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述保护单元，用于接收所述电压电流信息和所述温度信息，并在检测到所述所述电压电流信息和/或所述温度信息超过预设阈值时，对所述IGBT进行过压、过流和/或过温保护。
IGBT作为功率半导体器件，其在运行过程中必定会因电压电流的作用产生热量，温度升高，当温度超过安全值或者加载到IGBT上的电压电流超过安全值时，会造成IGBT损坏，因此需要对IGBT进行过压、过流和/或过温保护。
传统的过压、过流和/或过温保护是通过驱动板采集IGBT的电压、电流和温度信息，然后发送给脉冲分配板，当脉冲分配板判断电压、电流和/或温度超过安全值时，脉冲分配板发送保护信号到DCU，使DCU停止发送开关信号，同时向每个驱动板发送保护信号，关闭所有的IGBT。
由于本发明的驱动板集成了脉冲分配单元、驱动单元、电压电流采样单元、温度采样单元，保护单元，保护过程变成由电压电流采样单元、温度采样单元采集IGBT的电压、电流、温度信息，然后将信息发送到保护单元，保护单元判断当保护单元判断电压、电流和/或温度超过安全值时，保护单元发送保护信号到DCU，使DCU停止发送开关信号，同时将保护信号发送给脉冲分配单元，脉冲分配单元在接收到保护信号后，向每个驱动单元发送保护信号，关闭所有的IGBT。
可见，本发明的驱动板，一方面由于DCU的工作循环是根据接收到的电压电流信息计算驱动IGBT的开关信号，在将开关信号通过脉冲分配单元和驱动单元驱动IGBT，在向DCU反馈IGBT的电压、电流、温度信息时，不需要经过脉冲分配单元，大大虽短了信号传输时间，提升了驱动装置的整体反应速度；另一方面，脉冲分配单元、驱动单元、电压电流采样单元、温度采样单元，保护单元集成在一起，相比于现有的从驱动板传输电压、电流、温度信息到脉冲分配板，再从脉冲分配板传输保护信号到驱动板的过程，信号传输距离短，过压、过流和/或过温保护速度也更快。
基于上述本发明实施例公开的绝缘栅双极型晶体管的驱动板，图3具体公开了应用该驱动板的驱动装置。
如图3所示，本发明另一实施例公开了一种绝缘栅双极型晶体管的驱动装置，该装置包括：
上一实施例中公开的驱动板；
驱动控制单元，用于向所述驱动板的脉冲分配单元发送开关信号。
可选的，如图4所示，所述驱动板，还包括：集成设置的电压电流采样单元、温度采样单元和保护单元；其中：
所述电压电流采样单元，用于采集IGBT的电压电流信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述温度采样单元，用于采集IGBT的温度信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述保护单元，用于接收所述电压电流信息和所述温度信息，并在检测到所述所述电压电流信息和/或所述温度信息超过预设阈值时，对所述IGBT进行过压、过流和/或过温保护；
其中，所述驱动控制单元，用于根据接收到的所述电压电流信息计算应输出的开关信号，并将所述开关信号发送至所述脉冲分配单元。
可选的，所述开关信号为PWM信号。
可选的，所述PWM信号为4～20mA的电流信号格式、差分电压信号格式或光纤信号格式。
可选的，所述脉冲分配单元采用FPGA脉冲分配电路。
可选的，所述隔离驱动单元采用隔离放大电路。
以上本发明实施例公开的驱动装置中的驱动板和驱动控制单元的具体工作过程和有益效果，可参见本发明上述实施例公开的驱动板和驱动控制单元中的对应内容，这里不再进行赘述。
本实施例公开的绝缘栅双极型晶体管的驱动装置中，驱动板包括脉冲分配单元和隔离驱动单元，其中，脉冲分配单元将接收到的开关信号分成N个脉冲信号，N个脉冲信号经由N个隔离驱动单元电气隔离和功率放大处理后发送到各自对应的IGBT。可见本发明中采用一块驱动电路板即可实现现有技术中脉冲分配板和驱动板两块电路板的功能，并且不需要考虑和脉冲分配板和驱动板之间的接口问题，缩短了开发周期的同时降低了成本。
此外，将脉冲分配板和多个驱动板集成在一块电路板上，缩短了数据信号传输的距离，使驱动装置反应更快速，也进一步减小了驱动装置的体积，提高了功率密度，使其应用范围更广。
还需要说明的是，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘栅双极型晶体管的驱动板，其特征在于，包括：集成设置的脉冲分配单元和N个隔离驱动单元；其中：
所述脉冲分配单元，用于接收驱动控制单元发送的开关信号，将所述开关信号分成N个脉冲信号，并分别发送到与所述N个脉冲信号一一对应的N个隔离驱动单元；
所述N个隔离驱动单元，用于对接收到的脉冲信号进行电气隔离和功率放大处理后发送到对应的绝缘栅双极型晶体管IGBT；
其中，N为大于或等于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的驱动板，其特征在于，还包括：集成设置的电压电流采样单元、温度采样单元和保护单元；其中：
所述电压电流采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的电压电流信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述温度采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的温度信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述保护单元，用于接收所述电压电流信息和所述温度信息，并在检测到所述所述电压电流信息和/或所述温度信息超过预设阈值时，对所述绝缘栅双极型晶体管IGBT进行过压、过流和/或过温保护。
3.根据权利要求1所述的驱动板，其特征在于，所述开关信号为脉冲宽度调制PWM信号。
4.根据权利要求3所述的驱动板，其特征在于，所述脉冲宽度调制PWM信号为4～20mA的电流信号格式、差分电压信号格式或光纤信号格式。
5.根据权利要求1所述的驱动板，其特征在于，所述脉冲分配单元采用现场可编程逻辑门阵列FPGA脉冲分配电路。
6.根据权利要求1所述的驱动板，其特征在于，所述隔离驱动单元采用隔离放大电路。
7.一种绝缘栅双极型晶体管的驱动装置，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的驱动板；
驱动控制单元，用于向所述驱动板的脉冲分配单元发送开关信号。
8.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动板，还包括：集成设置的电压电流采样单元、温度采样单元和保护单元；其中：
所述电压电流采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的电压电流信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述温度采样单元，用于采集绝缘栅双极型晶体管IGBT的温度信息，并发送到所述驱动控制单元和所述保护单元；
所述保护单元，用于接收所述电压电流信息和所述温度信息，并在检测到所述所述电压电流信息和/或所述温度信息超过预设阈值时，对所述绝缘栅双极型晶体管IGBT进行过压、过流和/或过温保护；
其中，所述驱动控制单元，用于根据接收到的所述电压电流信息计算应输出的开关信号，并将所述开关信号发送至所述脉冲分配单元。
9.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，所述开关信号为脉冲宽度调制PWM信号。
10.根据权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，所述脉冲宽度调制PWM信号为4～20mA的电流信号格式、差分电压信号格式或光纤信号格式。
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