CN114726194A - 一种电力电子变换器及其驱动电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电力电子变换器及其驱动电路板，该驱动电路板中集成有检测单元、数字控制单元和驱动电路单元；并且，通过检测单元检测全控型功率开关器件所处的工作电压等级，生成并输出相应的电压等级区分信号；然后由数字控制单元用于根据该电压等级区分信号，对该驱动电路单元输出的驱动信号进行相应的调整，使全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值，进而能够降低该全控型功率开关器件因过压失效的风险；而且，该数字控制单元对于驱动信号的调整是基于该全控型功率开关器件所处的工作电压等级进行的，而不是对所有的工作电压等级都进行相同的驱动信号调整，所以不会增加额定工况下的开关损耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电力电子变换器及其驱动电路板。
背景技术
随着新能源产业的蓬勃发展，作为电力电子核心器件的IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)在电力电子变换器中得到了广泛应用，如光伏逆变器、风电变流器、电动汽车电机驱动器等。
在光伏、风电等大功率变换器中，通常采用IGBT通过直流母排连接到直流侧电容池的拓扑结构；但是由于母排存在寄生电感，所以在IGBT关断的过程中，电流的变化会在寄生电感上产生感应电动势ΔV，而这一感应电动势ΔV会叠加到IGBT的端电压上形成电压尖峰；因此，当电流的变化率di/dt较大时，会导致IGBT有关断过压失效的风险。
当前逆变器中针对IGBT关断过压的风险，主要采用的方案是：加大关断电阻及采用分级关断的方法；但是这两个方案中，会用一个大关断电阻值或分级关断程序覆盖所有的工作电压状况，导致额定工况下IGBT的开关损耗增大，降低了工作效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电力电子变换器及其驱动电路板，避免增加额定工况下IGBT的开关损耗。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种电力电子变换器的驱动电路板，用于实现对于电力电子变换器中相应全控型功率开关器件的驱动；所述驱动电路板包括：检测单元、数字控制单元和驱动电路单元；其中：
所述检测单元、所述数字控制单元和所述驱动电路单元依次连接；
所述检测单元用于检测所述全控型功率开关器件所处的工作电压等级，生成并输出相应的电压等级区分信号；
所述数字控制单元用于根据接收到的脉冲宽度调制PWM信号，生成驱动控制信号并输出至所述驱动电路单元，使所述驱动电路单元输出相对应的驱动信号至所述全控型功率开关器件的控制端；还用于根据所述电压等级区分信号，对所述驱动电路单元输出的所述驱动信号进行相应的调整，使所述全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值。
可选的，所述检测单元包括：差分放大电路和至少两级比较电路；其中：
所述差分放大电路的输入端接收所述工作电压等级的检测信号；
所述差分放大电路的输出端分别连接各级所述比较电路的第一输入端；
各级所述比较电路的第二输入端分别接收相应的基准电压信号；
各级所述比较电路的输出端，用于输出所述电压等级区分信号。
可选的，所述比较电路包括：比较器和电阻；
所述比较器的反相输入端作为所述比较电路的第一输入端，所述比较器的同相输入端作为所述比较电路的第二输入端；所述比较器的输出端，通过所述电阻连接正电源，并作为所述比较电路的输出端；或者，
所述比较器的同相输入端作为所述比较电路的第一输入端，所述比较器的反相输入端作为所述比较电路的第二输入端；所述比较器的输出端，通过所述电阻连接负电源，并作为所述比较电路的输出端。
可选的，所述工作电压等级为：所述电力电子变换器的直流母线的电压等级，或者，所述全控型功率开关器件的高电位端与低电位端之间的电压等级。
可选的，所述数字控制单元用于根据所述电压等级区分信号，对所述驱动电路单元输出的所述驱动信号进行相应的调整时，具体用于：
若所述电压等级区分信号表征所述工作电压等级为高于额定工作电压的等级，则增加所述驱动控制信号中的分级关断时间，或者，增大所述驱动电路单元中关断电阻的阻值，以实现对于所述驱动信号的调整；且对于所述分级关断时间或所述阻值的调整幅度，与所述工作电压等级相对应。
可选的，所述驱动电路单元包括：驱动电阻及三个可控开关；
第一可控开关的高电位端连接正电源，第二可控开关的低电位端连接负电源，第三可控开关的低电位端连接分级关断电源；
所述第一可控开关的低电位端、所述第二可控开关的高电位端及所述第三可控开关的高电位端，均与所述驱动电阻的一端相连；
所述驱动电阻的另一端，用于输出所述驱动信号；
各所述可控开关的控制端，分别通过相应的电阻连接所述数字控制单元，以接收所述驱动控制信号；
所述数字控制单元通过调整所述驱动控制信号中对于所述第三可控开关的导通时长控制，实现对于所述分级关断时间的调整。
可选的，所述驱动电路单元包括：第一可控开关、导通电阻、至少两个第二可控开关及至少两个关断电阻；
所述第一可控开关的高电位端连接正电源，各所述第二可控开关的低电位端均连接负电源；
所述第一可控开关的低电位端，连接所述导通电阻的一端；
各所述第二可控开关的高电位端，分别连接对应所述关断电阻的一端；
所述导通电阻的另一端及各所述关断电阻的另一端相连，连接点用于输出所述驱动信号；
所述第一可控开关及各所述第二可控开关的控制端，分别通过相应的电阻连接所述数字控制单元，以接收所述驱动控制信号；
所述数字控制单元通过改变所述驱动控制信号中对于各所述第二可控开关的通断控制，改变接入的所述关断电阻，实现对于所述阻值的调整。
可选的，所述第一可控开关为：NPN型三极管或者PMOS晶体管；所述第二可控开关为：PNP型三极管或者NMOS晶体管；
所述驱动电路单元中包括第三可控开关时，所述第三可控开关为：PNP型三极管或者NMOS晶体管。
可选的，所述分级关断电源的电压为0V。
可选的，还包括：电源供电单元，用于为所述检测单元、所述数字控制单元和所述驱动电路单元供电。
本发明第二方面还提供一种电力电子变换器，包括：主电路、控制器及至少一个如上述第一方面任一种所述的电力电子变换器的驱动电路板；
所述主电路中包括至少一个全控型功率开关器件，各所述全控型功率开关器件分别通过相应的所述驱动电路板受控于所述控制器；
所述驱动电路板中的数字控制单元与控制器通信连接，以接收所述控制器发送的PWM信号。
可选的，各驱动电路板与相应所述全控型功率开关器件的控制端之间，还设置有相应的驱动适配板。
本发明提供的电力电子变换器的驱动电路板，其集成有检测单元、数字控制单元和驱动电路单元；并且，通过检测单元检测全控型功率开关器件所处的工作电压等级，生成并输出相应的电压等级区分信号；然后由数字控制单元用于根据该电压等级区分信号，对该驱动电路单元输出的驱动信号进行相应的调整，使全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值，进而能够降低该全控型功率开关器件因过压失效的风险；而且，该数字控制单元对于驱动信号的调整是基于该全控型功率开关器件所处的工作电压等级进行的，只要使该全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值即可，而不是对所有的工作电压等级都进行相同的驱动信号调整，所以不会增加额定工况下的开关损耗。
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为本发明实施例提供的电力电子变换器的驱动电路板的结构示意图；
图2a和图2b分别为本发明实施例提供的检测单元的两种电路图；
图3为本发明实施例提供的电压等级区分信号的波形示意图；
图4为本发明实施例提供的驱动电路单元的结构示意图；
图5为图4结构下IGBT关断时的电压波形示意图：
图6为本发明实施例提供的驱动电路单元的另一结构示意图；
图7为图4结构下IGBT关断时的电压波形示意图：
图8为本发明实施例提供的电力电子变换器的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的驱动电路板的软件流程图。
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。
在本申请中，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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明提供一种电力电子变换器的驱动电路板，避免增加额定工况下IGBT的开关损耗。
该电力电子变换器可以是指光伏逆变器、风电变流器、电动汽车电机驱动器等，也可以是其他包括至少一个全控型功率开关器件的任意电力电子变换设备；该全控型功率开关器件，大部分情况是指IGBT，当然也不排除MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)，但出于成本考虑其一般较少应用于这些设备中。这些全控型功率开关器件，一般会通过相应的驱动电路板受控于控制器，也即，该电力电子变换器的驱动电路板，用于实现对于电力电子变换器中相应全控型功率开关器件的驱动。
参见图1，该驱动电路板包括：检测单元10、数字控制单元20和驱动电路单元30；其中：检测单元10、数字控制单元20和驱动电路单元30依次连接；实际应用中该驱动电路板中还可以包括：电源供电单元40，用于为检测单元10、数字控制单元20和驱动电路单元30供电，提供相应的电源电压。
具体的：
检测单元10的输入端接收一个检测信号，该检测信号能够表征相应全控型功率开关器件所处的工作电压等级；该工作电压等级具体可以是该电力电子变换器中直流母线的电压等级，比如表示逆变器中直流母线电压Udc高低程度的等级；或者，该工作电压等级也可以是该全控型功率开关器件的高电位端与低电位端之间的电压等级，比如表示IGBT的集电极与发射极之间的电压Vge高低程度的等级；视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。
该数字控制单元20原本用于根据控制器发送的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，生成驱动控制信号并输出至驱动电路单元30，使驱动电路单元30输出相对应的驱动信号至该全控型功率开关器件的控制端，进而实现对于该全控型功率开关器件的驱动。
本实施例中，该检测单元10在检测全控型功率开关器件所处的工作电压等级之后，会生成并输出相应的电压等级区分信号至该数字控制单元20；进而，该数字控制单元20还可以根据该电压等级区分信号，对驱动电路单元30输出的驱动信号进行相应的调整，使该全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值。实际应用中，可以设置该预设安全阈值小于等于安全电压，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。
额定电压工况下，数字控制单元20控制驱动电路单元30输出正常的驱动信号即可，其驱动信号可以参考现有技术中的设置，均不会在该全控型功率开关器件关断时产生过高的电压尖峰。但是该工作电压等级较高时，比如上述直流母线电压Udc高于相应额定电压，或者，上述集电极与发射极之间的电压Vge高于相应额定电压，该全控型功率开关器件关断时会有过压失效的风险；此时，该数字控制单元20通过调整驱动电路单元30输出的驱动信号，确保该全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值，即可避免过压失效的情况出现。
因此，本实施例提供的该电力电子变换器的驱动电路板，通过上述原理能够降低该全控型功率开关器件因过压失效的风险；而且，该数字控制单元20对于驱动信号的调整是基于该全控型功率开关器件所处的工作电压等级进行的，只要使该全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值即可，而不是对所有的工作电压等级都进行相同的驱动信号调整，所以不会增加额定工况下的开关损耗。
值得说明的是，现有技术中还有一种方案是：通过上位机识别逆变器是否进入高低穿工况，进而向驱动板发送高低穿信号，再由驱动板根据高低穿信号采用分级关断；该方案虽然也不再覆盖所有工况，但是由于其需要通过上位机来识别得到高低穿信号再将其传输到驱动板进行数字控制，所以传输时间长，会导致驱动板的响应慢，易发生保护不及时，IGBT过压损坏现象。
而本实施例提供的该电力电子变换器的驱动电路板，通过集成该检测单元10，其数字控制单元20可以直接根据该工作电压等级调整驱动电路单元30输出的驱动信号，而无需从上位机接受高低穿状态信号，该驱动电路板的响应更快，保护更及时。
在上一实施例的基础之上，本实施例对该驱动电路板中的检测单元10给出了两种可选结构示例，如图2a和图2b所示，该检测单元10具体包括：差分放大电路101和至少两级比较电路102；其中：
该差分放大电路101包括：差分运算放大器A1及其相应的外围电路，具体结构与现有技术相同，具体可以参见图2a和图2b；该差分放大电路101的输入端，接收该工作电压等级的检测信号，比如上述直流母线电压Udc，但并不仅限于此。实际应用中，可以有设置于IGBT上的驱动适配板来通过该IGBT的辅助端子采集到该直流母线电压Udc，并将其送入到检测单元10中的差分放大电路101。
该差分放大电路101的输出端分别连接各级比较电路102的第一输入端。
各级比较电路102的第二输入端分别接收相应的基准电压信号(如图2a和图2b中所示的Udcref1、Udcref2…Udcrefn)。
各级比较电路102的输出端，用于输出该电压等级区分信号；各级比较电路102的输出信号(如图2a和图2b中所示的Y1、Y2…Yn)共同构成该电压等级区分信号。
该比较电路102包括：比较器(如图2a和图2b中所示的B1、B2…Bn)和电阻。参见图2a，该比较器的反相输入端作为相应比较电路102的第一输入端，该比较器的同相输入端作为相应比较电路102的第二输入端；该比较器的输出端，通过该电阻连接正电源Vcc，并作为比较电路102的输出端。实际应用中，该比较电路102的具体设置也可以如图2b中所示：该比较器的同相输入端作为比较电路102的第一输入端，该比较器的反相输入端作为比较电路102的第二输入端；比较器的输出端，通过该电阻连接负电源Vee，并作为比较电路102的输出端。视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。该正电源Vcc和负电源Vee均可由该电源供电单元40提供。
以图2a所示结构为例进行说明，该检测单元10的具体工作原理为：
该差分放大电路101将高压直流电压信号(比如上述直流母线电压Udc)转换成0-15V的低压模拟量信号，并将转换后的电压信号送入多级比较电路102；实际应用中，可以根据不同直流电压等级设置对应的比较基准值，分别作为相应的基准电压信号输入至对应比较器的同相输入端；当直流母线电压Udc高于相应比较基准值时，此等级的比较器输出拉低，输出0电平；该比较结果输入到数字控制单元20，由数字控制单元20根据比较结果判断此时直流母线电压Udc的工作等级，并调整驱动电路单元30输出的驱动信号。
该检测单元10输出的电压等级区分信号如图3所示。假设在T0时刻，IGBT开始工作在相应变流器的额定工作电压，此时该电压等级区分信号中的Y1、Y2…Yn都是高电平；在T1时刻，该变流器的直流母线电压升高超过第一等级电压时，该电压等级区分信号中的Y1转变成低电平，数字控制单元20控制驱动电路单元30调整输出的驱动信号，以降低IGBT关断时的电压尖峰，保护IGBT；在T2时刻，该直流母线电压继续升高，超过第二等级电压值时，该电压等级区分信号中的Y2也转变成低电平；数字控制单元20检测到Y1和Y2都为低电平时，将进一步控制驱动电路单元30调整输出的驱动信号，保护IGBT。
也即，本实施例中，该检测单元10中的电压等级设置，可以根据实际使用需要，设置为多个电压等级。
在上一实施例的基础之上，该电力电子变换器的驱动电路板，其数字控制单元20在用于根据电压等级区分信号，对驱动电路单元30输出的驱动信号进行相应的调整时，具体用于：若电压等级区分信号表征工作电压等级为高于额定工作电压的等级，则增加驱动控制信号中的分级关断时间，或者，增大驱动电路单元30中关断电阻的阻值，以实现对于驱动信号的调整。
额定电压工况下，数字控制单元20控制驱动电路单元30输出的正常的驱动信号，可以是普通的高低电平切换程序，也可以是现有的分级关断程序，参考现有技术即可。本实施例中，在电压等级区分信号表征工作电压等级为高于额定工作电压的等级的情况下，可以在现有分级关断程序的基础之上增加驱动控制信号中的分级关断时间；也可以在执行现有高低电平切换程序的情况下，通过切换大阻值的关断电阻来执行该高低电平切换程序；都可以将IGBT关断时的控制端电压尖峰控制到低于预设安全阈值的范围，进而实现对于IGBT的保护。
当然，鉴于上一实施例中检测单元10中可以输出多个电压等级的电压等级区分信号，本实施例中数字控制单元20对于驱动信号的调整幅度，也即其对于分级关断时间或阻值的调整幅度，设置为与该电压等级区分信号所表征的工作电压等级相对应，进而可以实现多等级调节。
下面对两种调整方式分别进行说明：
(1)为了在现有分级关断程序的基础之上增加驱动控制信号中的分级关断时间，该驱动电路单元30的具体结构可以参见图4，包括：驱动电阻Rg及三个可控开关Q1、Q2及Q3；其中：
第一可控开关Q1的高电位端连接正电源Vcc，第二可控开关Q2的低电位端连接负电源Vee，第三可控开关Q3的低电位端连接分级关断电源Vs。实际应用中，可以设置该正电源Vcc的电压为+15V，该负电源Vee的电压为-15V，该分级关断电源Vs的电压为0V；但并不仅限于此，仅为一种示例。该正电源Vcc、负电源Vee及分级关断电源Vs均可由该电源供电单元40提供。
第一可控开关Q1的低电位端、第二可控开关Q2的高电位端及第三可控开关Q3的高电位端，均与驱动电阻Rg的一端相连。如图4中所示，各可控开关可以均为三极管，此时，该第一可控开关Q1为NPN型三极管，该第二可控开关Q2和第三可控开关Q3为PNP型三极管；实际应用中，各可控开关也可以均为MOS晶体管，此时，该第一可控开关Q1为PMOS晶体管，该第二可控开关Q2和第三可控开关Q3为NMOS晶体管。
该驱动电阻Rg的另一端，用于输出驱动信号；也即，数字控制单元20在执行分级关断程序时，各种状态都共有这一驱动电阻Rg来输出该驱动信号中相应的电平，该驱动电阻Rg既是导通电阻，又是关断电阻，还是分级关断电阻。
各可控开关的控制端，分别通过相应的电阻连接数字控制单元20，以接收驱动控制信号；具体的，第一可控开关Q1的控制端通过电阻Ron连接数字控制单元20的相应端口，第二可控开关Q2的控制端通过电阻Roff连接数字控制单元20的相应端口，第三可控开关Q3的控制端通过电阻Rs连接数字控制单元20的相应端口。
数字控制单元20通过调整驱动控制信号中对于第三可控开关Q3的导通时长控制，实现对于分级关断时间的调整。图5为实施电压检测方案的不同电压等级下关断过程中IGBT基极和发射极之间的电压Vge以及集电极和发射极之间的电压Vce的波形示意图，其中，T1为第三可控开关Q3导通初期、分级关断尚不稳定的时间段，T2为现有分级关断程序中真正的分级关断时间，ΔT为本方案所增加的分级关断时间，Vge1和Vce1分别为现有分级关断程序中两个相应电压的波形，Vge2和Vce2分别为本方案增加分级关断时间后两个相应电压的波形，ΔV1为现有分级关断程序下关断IGBT时在寄生电感上产生感应电动势，ΔV2为方案增加分级关断时间后关断IGBT时在寄生电感上产生感应电动势。当直流母线电压上升时，直流母线电压检测电路对直流母线电压进行检测，检测单元10根据设定的电压等级向数字控制单元20发送电压等级区分信号，在采用分级关断的方案中，数字控制单元20根据相应的电压等级，调整分级关断程序中T2的时间长短，避免IGBT模块因电压升高导致的关断偏移，保证所有电压等级下IGBT的完全工段都发生在T2时间内，在分级关断总T2时间采用0V关断，减小控制端电流的变化率di/dt，从而减小关断IGBT时在寄生电感上产生感应电动势ΔV，从而避免了IGBT电压尖峰超过安全电压导致的损坏。
(2)图6为本方案在不采用分级关断方案的IGBT驱动上的应用，如图所示，该驱动电路单元30包括：第一可控开关Q1、导通电阻Rg_on、至少两个第二可控开关Q2及至少两个关断电阻(如图6中所示的Rg_off1、Rg_off2…Rg_offn)；其中：
第一可控开关Q1的高电位端连接正电源Vcc，各第二可控开关Q2的低电位端均连接负电源Vee；实际应用中，可以设置该正电源Vcc的电压为+15V，该负电源Vee的电压为-15V，但并不仅限于此，仅为一种示例。
该第一可控开关Q1的低电位端，连接导通电阻Rg_on的一端；各第二可控开关Q2的高电位端，分别连接对应关断电阻的一端；如图6中所示，各可控开关可以均为三极管，此时，该第一可控开关Q1为NPN型三极管，该第二可控开关Q2为PNP型三极管；实际应用中，各可控开关也可以均为MOS晶体管，此时，该第一可控开关Q1为PMOS晶体管，该第二可控开关Q2为NMOS晶体管。
导通电阻Rg_on的另一端及各关断电阻的另一端相连，连接点用于输出驱动信号。
第一可控开关Q1及各第二可控开关Q2的控制端，分别通过相应的电阻连接数字控制单元20，以接收驱动控制信号；具体的，第一可控开关Q1的控制端通过电阻Ron连接数字控制单元20的相应端口，各第二可控开关Q2的控制端分别通过相应电阻(如图6中所示的Roff1、Roff2…Roffn)连接数字控制单元20的相应端口。
数字控制单元20通过改变驱动控制信号中对于各第二可控开关Q2的通断控制，改变接入的关断电阻，实现对于阻值的调整。图7为采用关断电阻切换方案时不同电压等级下关断过程中IGBT基极和发射极之间的电压Vge以及集电极和发射极之间的电压Vce的波形示意图，其中，T1为现有高低电平切换程序下仅设置一个第二可控开关Q2及其关断电阻时其受控导通的时间段，T2为本方案设置多个第二可控开关Q2及其关断电阻时一个大阻值关断电阻所接第二可控开关Q2受控导通的时间段，Vge1和Vce1分别为现有高低电平切换程序中两个相应电压的波形，Vge2和Vce2分别为本方案切换大阻值关断电阻后两个相应电压的波形，ΔV1为现有高低电平切换程序下关断IGBT时在寄生电感上产生感应电动势，ΔV2为方案切换大阻值关断电阻后关断IGBT时在寄生电感上产生感应电动势。当直流母线电压升高时，数字控制单元20接受检测单元10输出的电压等级区分信号后，根据检测到的电压等级，通过控制各个第二可控开关Q2的通断来选择适合相应电压等级的关断电阻；具体可以在正常工作时采用小阻值关断电阻，IGBT的关断时间可以保持为T1，感应电动势为ΔV1，此时关断电阻小，开关损耗小，工作电压低，叠加ΔV1后，其电压尖峰也在安全工作电压范围内。而在高电压下可以采用大阻值关断电阻，降低IGBT的关断速度，从而减小di/dt，产生的感应电动势为ΔV2，ΔV2<ΔV1，也即减小了在寄生电感上感应的电动势；虽然直流母线电压增大了，但是由于ΔV2变小，叠加后的电压尖峰认可保证在安全工作电压值以下，保证了IGBT的可靠关断降低IGBT的电压尖峰，保护IGBT。而且，根据该电压等级区分信号，数字控制单元20可以控制相应的第二可控开关Q2动作，进而实现IGBT在不同电压等级下的可靠关断。
本实施例，通过电压检测，识别变流器和逆变器等电力电子变换器是否在发生高低穿，进而切换不同分级关断时间或不同关断电阻阻值，进行电压尖峰抑制，同时减少额定工作电压状态下的开关损耗。
本发明另一实施例还提供了一种电力电子变换器，比如光伏逆变器、风电变流器、电动汽车电机驱动器等；其如图8所示，包括：主电路、控制器及至少一个驱动电路板。
主电路中包括至少一个全控型功率开关器件，各全控型功率开关器件分别通过相应的驱动电路板受控于控制器。
该驱动电路板上集成电源供电单元40、检测单元10、数字控制单元20和驱动电路单元30，其具体结构和工作原理参见上述实施例即可，不再赘述；且其中的数字控制单元20与该控制器通信连接，以接收控制器发送的PWM信号。
实际应用中，各驱动电路板与相应全控型功率开关器件的控制端之间，还可以设置有图1中所示的驱动适配板。该驱动电路板作为驱动核心板，通过驱动线束连接到驱动适配板，驱动适配板安装在相应的全控型功率开关器件比如IGBT上，驱动核心板通过驱动板排线和驱动适配板驱动IGBT，同时驱动核心板采集相应的直流电压并通过驱动排线返回到驱动核心板。
该驱动电路板上的软件实施流程，如图9所示，包括：
S101、该驱动电路板上电。
S102、检测单元检测全控型功率开关器件所处的工作电压等级，生成并输出相应的电压等级区分信号。
S103、数字控制单元判断该电压等级区分信号是否表征该工作电压等级为高于额定工作电压的等级。
对于图2a所示结构来说，该步骤S103具体是判断Y1、Y2…Yn中是否有低电平信号输入。
如果是，则执行步骤S104和S105；否则执行步骤S106和S107。
S104、数字控制单元确定该工作电压等级。
S105、数字控制单元控制驱动电路单元输出与该工作电压等级相适应的驱动信号。
S106、数字控制单元按照额定工作电压状态生成相应的驱动控制信号。
S107、驱动电路单元输出正常的驱动信号。
本实施例在驱动电路板上集成检测单元10，并把电压检测结果转换为不同低压等级的数字信号反馈到数字控制单元20，降低了驱动电路板对电压变化的响应时间，对IGBT在高工作电压下的保护更加及时可靠；同时根据不同电压等级设置不同的分级关断时间或关断电阻阻值，保证了在额定电压工况开关损耗较小，提高了模组的工作效率；同时在高电压等级，通过增大分级关断程序时间或切换大阻值关断电阻，降低了IGBT关断时的di/dt变化率，从而抑制了高电压等级下的电压尖峰，保证了IGBT的安全工作，提高了IGBT模块的电压利用率。
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，用于实现对于电力电子变换器中相应全控型功率开关器件的驱动；所述驱动电路板包括：检测单元、数字控制单元和驱动电路单元；其中：
所述检测单元、所述数字控制单元和所述驱动电路单元依次连接；
所述检测单元用于检测所述全控型功率开关器件所处的工作电压等级，生成并输出相应的电压等级区分信号；
所述数字控制单元用于根据接收到的脉冲宽度调制PWM信号，生成驱动控制信号并输出至所述驱动电路单元，使所述驱动电路单元输出相对应的驱动信号至所述全控型功率开关器件的控制端；还用于根据所述电压等级区分信号，对所述驱动电路单元输出的所述驱动信号进行相应的调整，使所述全控型功率开关器件关断时的控制端电压尖峰低于预设安全阈值。
2.根据权利要求1所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述检测单元包括：差分放大电路和至少两级比较电路；其中：
所述差分放大电路的输入端接收所述工作电压等级的检测信号；
所述差分放大电路的输出端分别连接各级所述比较电路的第一输入端；
各级所述比较电路的第二输入端分别接收相应的基准电压信号；
各级所述比较电路的输出端，用于输出所述电压等级区分信号。
3.根据权利要求2所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述比较电路包括：比较器和电阻；
所述比较器的反相输入端作为所述比较电路的第一输入端，所述比较器的同相输入端作为所述比较电路的第二输入端；所述比较器的输出端，通过所述电阻连接正电源，并作为所述比较电路的输出端；或者，
所述比较器的同相输入端作为所述比较电路的第一输入端，所述比较器的反相输入端作为所述比较电路的第二输入端；所述比较器的输出端，通过所述电阻连接负电源，并作为所述比较电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述工作电压等级为：所述电力电子变换器的直流母线的电压等级，或者，所述全控型功率开关器件的高电位端与低电位端之间的电压等级。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述数字控制单元用于根据所述电压等级区分信号，对所述驱动电路单元输出的所述驱动信号进行相应的调整时，具体用于：
若所述电压等级区分信号表征所述工作电压等级为高于额定工作电压的等级，则增加所述驱动控制信号中的分级关断时间，或者，增大所述驱动电路单元中关断电阻的阻值，以实现对于所述驱动信号的调整；且对于所述分级关断时间或所述阻值的调整幅度，与所述工作电压等级相对应。
6.根据权利要求5所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述驱动电路单元包括：驱动电阻及三个可控开关；
第一可控开关的高电位端连接正电源，第二可控开关的低电位端连接负电源，第三可控开关的低电位端连接分级关断电源；
所述第一可控开关的低电位端、所述第二可控开关的高电位端及所述第三可控开关的高电位端，均与所述驱动电阻的一端相连；
所述驱动电阻的另一端，用于输出所述驱动信号；
各所述可控开关的控制端，分别通过相应的电阻连接所述数字控制单元，以接收所述驱动控制信号；
所述数字控制单元通过调整所述驱动控制信号中对于所述第三可控开关的导通时长控制，实现对于所述分级关断时间的调整。
7.根据权利要求5所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述驱动电路单元包括：第一可控开关、导通电阻、至少两个第二可控开关及至少两个关断电阻；
所述第一可控开关的高电位端连接正电源，各所述第二可控开关的低电位端均连接负电源；
所述第一可控开关的低电位端，连接所述导通电阻的一端；
各所述第二可控开关的高电位端，分别连接对应所述关断电阻的一端；
所述导通电阻的另一端及各所述关断电阻的另一端相连，连接点用于输出所述驱动信号；
所述第一可控开关及各所述第二可控开关的控制端，分别通过相应的电阻连接所述数字控制单元，以接收所述驱动控制信号；
所述数字控制单元通过改变所述驱动控制信号中对于各所述第二可控开关的通断控制，改变接入的所述关断电阻，实现对于所述阻值的调整。
8.根据权利要求6或7所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述第一可控开关为：NPN型三极管或者PMOS晶体管；所述第二可控开关为：PNP型三极管或者NMOS晶体管；
所述驱动电路单元中包括第三可控开关时，所述第三可控开关为：PNP型三极管或者NMOS晶体管。
9.根据权利要求6所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，所述分级关断电源的电压为0V。
10.根据权利要求1至4任一项所述的电力电子变换器的驱动电路板，其特征在于，还包括：电源供电单元，用于为所述检测单元、所述数字控制单元和所述驱动电路单元供电。
11.一种电力电子变换器，其特征在于，包括：主电路、控制器及至少一个如权利要求1至10任一项所述的电力电子变换器的驱动电路板；
所述主电路中包括至少一个全控型功率开关器件，各所述全控型功率开关器件分别通过相应的所述驱动电路板受控于所述控制器；
所述驱动电路板中的数字控制单元与控制器通信连接，以接收所述控制器发送的PWM信号。
12.根据权利要求11所述的电力电子变换器，其特征在于，各驱动电路板与相应所述全控型功率开关器件的控制端之间，还设置有相应的驱动适配板。
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