CN201072860Y - 高压大电流igbt驱动器 - Google Patents

Abstract

一种高压大电流IGBT驱动器，包括顺序连接的光纤PWM输入电路、基本IGBT驱动输出电路、电平转换电路、功率放大电路及IGBT的末级驱动电路，其特征在于：高压大电流IGBT驱动器还包括Vce过电压信号处理电路和信号叠加电路，所述Vce过电压信号处理电路将IGBT的集电极电压处理后，通过信号叠加电路反馈到功率放大电路，抑制关断Vce的上升。本实用新型具有短路保护，短路时间可做到10微秒以下不发生误动作，关断过电压动态抑制，性能可靠的优点。

Description

高压大电流IGBT驱动器

技术领域

本实用新型涉及一种3300V-6500V高压大电流绝缘栅级双极性晶体管(IGBT)的驱动器。

背景技术

高压大电流绝缘栅级双极性晶体管(IGBT)在大容量几十兆瓦变频调速系统中有着广泛的应用，如煤矿提升机，皮带机，鼓风机，电压等级为1140V，功率等级达几兆瓦，轧钢领域中的低速可逆轧机和热轧机，电压等级为3KV，6KV，10KV，功率等级达几十兆瓦。高压大电流绝缘栅级双极性晶体管IGBT的驱动电路的功能就是通过光纤隔离传输将来自DSP控制器的PWM信号转换成有一定驱动能力的信号，可靠开通关断IGBT，通过IGBT的功率放大，把功率传输给电机。

与低压1700V以下的绝缘双极性晶体管IGBT比较，高压大电流绝缘栅级双极性晶体管IGBT开通关断损耗更大，开通关断dv/dt较大，高压大电流绝缘栅级双极性晶体管IGBT驱动器要求有更高的绝缘耐压、更高的共模抑制比、更大的IGBT驱动功率。

目前，高压大电流绝缘栅级双极性晶体管IGBT的驱动采用光纤隔离，驱动电压采用高绝缘电压，高共模电压抑制比DC-DC隔离电源；驱动器短路时间不容易做到10微秒以下，现有的驱动电器由于杂散电感的存在，不能有效抑制Vce电压的上升，这两种情况都不能有效保护高压大电流绝缘栅级双极性晶体管IGBT，造成高压大电流绝缘栅级双极性晶体管IGBT的损坏。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述问题，向社会提供一种具有短路保护，短路时间可做到10微秒以下不发生误动作，关断过电压动态抑制，性能可靠的高压大电流IGBT驱动器。

本实用新型的技术方案是：设计一种高压大电流IGBT驱动器，包括顺序连接的光纤PWM输入电路、基本IGBT驱动输出电路、电平转换电路、功率放大电路及IGBT的末级驱动电路，高压大电流IGBT驱动器还包括Vce过电压信号处理电路和信号叠加电路，所述Vce过电压信号处理电路将IGBT的集电极电压处理后，通过信号叠加电路反馈到功率放大电路，抑制关断Vce的上升。

所述高压大电流IGBT驱动器还包括Vce饱和电压信号处理电路和开通延迟电路，所述Vce饱和电压信号处理电路将IGBT的集电极电压处理后，通过开通延迟电路送到基本IGBT驱动电路进行检测，将检测的结果反馈到功率放大电路，调节IGBT的工作状态。

所述IGBT的末级驱动电路包括电阻R5、R6，二极管D9，电容C2和稳压二极管Z9，所述电阻R5与二极管串联后与电阻R6并联，电阻R5与电阻R6的公共端接功率放大电路输出端；所述电阻R6与二极管的公共端接稳压二极管Z9输入端并与IGBT第9脚相接，所述稳压二极管Z9输出端接电容C2一端，电容C2另一端接IGBT的第8脚。

所述Vce过电压信号处理电路包括稳压管Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7，电阻R1、R2，电容C1，电阻R1、R2串联，电阻R2另一端接功率放大电路的输出端，电R1的另一端接稳压管Z6的输入端，稳压管Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6依次串联，稳压管Z1输出端接IGBT的10脚；稳压管Z3与Z4的公共端接电容C1一端，电容C1另一端接稳压管Z7的输入端，稳压管Z7的输出端接信号叠加电路。

所述Vce饱和电压信号处理电路包括由电阻R8、R17、R19、R16、三极管Q1、稳压管Z11组成的恒流源，串接的二极管D8、D7、D5、D3，比较器U2B及其外围元件，比较器U3A及其外围元件，在Vce饱和时，恒流源流过串接的二极管D8，D7，D5，D3，至高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6IGBT的CE端，这个过程中，恒流源的三极管Q1的集电极的电压稳压，经二极管D10的隔离，进入比较器U2B达到比较电压时，比较器翻转，经由电阻R10，R11，R20，R21，R23分压降压，再送比较器U 3A控制饱和Vce电压检测，将检测值输送至基本IGBT驱动输出电路进行Vce电压检测。

所述开通延迟电路包括比较器U3B及其外围电路，稳压管Z12，电阻R24，电容C16，当基本IGBT驱动输出电路输出高时，IGBT开通，调节电阻R24，电容C16的时间常数，可保证Vce电压在开通延时后检测。

本实用新型具有短路保护，短路时间可做到10微秒以下不发生误动作，关断过电压动态抑制，性能可靠的优点。

附图说明

图1是本实用新型整体结构方框示意图；

图2是图1中Vce饱和电压信号处理电路结构示意图；

图3是图1中开通延迟电路结构示意图；

图4是图1中Vce过电压信号处理电路结构示意图；

图5是图1中IGBT末级驱动电路结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的一种高压大电流IGBT驱动器，包括光纤PWM输入1，PWM输出送至基本IGBT驱动输出电路2(采用的是集成电路MC33153)，由带Vce保护的基本IGBT驱动输出电路2输出PWM驱动信号，经电平转换电路3变为正负15V电平，经过信号叠加电路4叠加后，送至功率放大电路5，去驱动高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6(IGBT)。高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6有两路反馈信号，一路是开通Vce饱和电压，经过Vce饱和电压信号处理电路7，送至开通延迟电路8处理后，再送至基本IGBT驱动输出电路2的Vce饱和电压检测端口；一路是关断Vce电压信号，由关断引起的Vce电压升高，经过Vce过电压信号处理电路9，反馈至高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6的门极和驱动功率放大电路5的前级，减小高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6的di/dt。

本实用新型中的光纤PWM输入1采用光纤光电信号转换器HFBR-2511，信号经整形和送至基本IGBT驱动输出电路2，基本IGBT驱动输出电路2输出0-+15V PWM驱动信号送至电平转换电路3，变为-15V～+15V电压信号。

Vce饱和电压信号处理电路7，如图2所示，通过高压二极管，在高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6开通时，Vce从Vdc下降至0V，由于高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6的特点，有Vce电压下降拖尾问题，在开通10微秒之后，Vce电压还有几十伏，在本实用新型中设定当电压Vce大于52V时，判定Vce故障，这样可以保证短路时间可做到10微秒以下不发生误动作。本实用新型采用低压比较器串联叠加的方法检测高达55V的Vce。具体的电路介绍如下：

在Vce饱和时，由电阻R8，R17，R19，R16，三极管Q1，稳压管Z11组成的恒流源流过串接的二极管D8，D7，D5，D3，至高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6IGBT的CE端，这个过程中，恒流源的三极管Q1的集电极的电压由关断时稳压管Z11稳压在56V，过度到饱和时的约3V+0.6X4V＝5.4V，经二极管D10的隔离，在比较器U2B的5脚由56V变化到45V，比较器U2B的6脚由稳压管Z10稳定在52.5V，U2B在Vce电压52.5V时翻转，经由电阻R10，R11，R20，R21，R23分压降压，送比较器U3A去控制饱和Vce电压检测，送基本IGBT驱动输出电路2进行Vce电压检测。

开通延迟电路8，如图3所示，由于高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6(IGBT)开通时，有拖尾电压存在，在高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6开通时，延时检测Vce电压，当基本IGBT驱动输出电路2输出高时，高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6(IGBT)开通，调节电阻R24，电容C16的时间常数，保证Vce电压在开通延时后检测。

Vce过电压信号处理电路9，如图4所示，当Vce电压过高时，稳压管Z1，Z2，Z3，Z4，Z5，Z6被击穿，电阻R1的电流流过高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6(IGBT)的门极，直接影响Uge电压的下降，即dUge/dt减小，dice/dt减小，由于Vce＝L漏*dice/dt减小。同样，通过稳压管Z7的电流为C1*dVce/dt，通过信号叠加电路4由电阻R3反馈到功率放大电路5前级，抑制关断Vce的上升。

高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6(IGBT)的末级驱动电路10，如图5所示，本实用新型的目的是在不增加IGBT损耗，减慢开通速度，不增加开通延时，不增加电压拖尾时间作一个折中处理。电阻R5，R6，二极管D9开通关断电阻分开，一般开通电阻R5，R6，(R5并联R6)较小，关断电阻R6较大。高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6(IGBT)的Cge电容C2增加会影响tdon(高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6IGBT的开通延时时间)，dIc/dt(高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6IGBT的C级电流)，dVcesat/dt(高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6IGBT的饱和时CE电压)。tdon增大，dIc/dt减小，dVcesat/dt减小，但影响较少，dVce/dt(IGBT CE电压)不会受到影响。本实用新型的特别之处是在原电路中增加了稳压管Z9和电容C2，所述电容C2的作用使高压大电流绝缘栅级双极性晶体管6(IGBT)开通速度放慢，开通功耗增加较少，饱和电压拖尾影响较少。稳压管Z9的作用是使电容C2电压限制在0～15V之间，由于电容C2增加，使tdon增大，Z9的作用是使tdon减小。

本实用新型还包括光纤故障输出电路11及DC-DC隔离电源12。本实用新型中的光纤故障输出电路11、DC-DC隔离电源12、电平转换电路3及功率放大电路5均是现有的电路，其具体电路原理结构在这里不一一叙述了。

Claims (4)

1.一种高压大电流IGBT驱动器，包括顺序连接的光纤PWM输入电路、基本IGBT驱动输出电路、电平转换电路、功率放大电路IGBT的末级驱动电路，其特征在于：高压大电流IGBT驱动器还包括Vce过电压信号处理电路和信号叠加电路，所述Vce过电压信号处理电路将IGBT的集电极电压处理后，通过信号叠加电路反馈到功率放大电路，抑制关断Vce的上升。

2.根据权利要求1所述的高压大电流IGBT驱动器，其特征在于：所述高压大电流IGBT驱动器还包括Vce饱和电压信号处理电路和开通延迟电路，所述Vce饱和电压信号处理电路将IGBT的集电极电压处理后，通过开通延迟电路送到基本IGBT驱动输出电路进行检测，将检测的结果反馈到功率放大电路，调节IGBT的工作状态。

3.根据权利要求1或2所述的高压大电流IGBT驱动器，其特征在于：所述IGBT的末级驱动电路包括电阻R5、R6，二极管D9，电容C2和稳压二极管Z9，所述电阻R5与二极管串联后与电阻R6并联，电阻R5与电阻R6的公共端接功率放大电路输出端；所述电阻R6与二极管的公共端接稳压二极管Z9输入端并与IGBT第9脚相接，所述稳压二极管Z9输出端接电容C2一端，电容C2另一端接IGBT的第8脚。

4.根据权利要求1所述的高压大电流IGBT驱动器，其特征在于：所述Vce过电压信号处理电路包括稳压管Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7，电阻R1、R2，电容C1，电阻R1、R2串联，电阻R2另一端接功率放大电路的输出端，电阻R1的另一端接稳压管Z6的输入端，稳压管Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6依次串联，稳压管Z1输出端接IGBT的10脚；

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