CN201478999U

CN201478999U - 中高压变频器igbt驱动电路

Info

Publication number: CN201478999U
Application number: CN2009202328142U
Authority: CN
Inventors: 徐卫东; 卫昌宏; 陶桂洪
Original assignee: Nanjing Tongbu Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Tongbu Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-07-22

Abstract

中高压变频器IGBT驱动电路，包括电源模块，可编程逻辑器件FPGA、电路保护监测电路、光电隔离模块和功率放大电路，电源模块、电路保护监测电路的输出连接FPGA，FPGA的输出经光电隔离模块和功率放大电路连接至IGBT。本实用新型适用于大功率、高耐压IGBT模块串、并联电路的驱动和保护。通过光纤传输驱动及状态识别信号，进行高压隔离传输，具有良好的抗电磁干扰性能和较大的驱动电流，适用于高压大功率场合；实现了IGBT的过流和短路保护电路，以及信号反馈检测功能。本实用新型实用可靠，工艺细致，在驱动波形正、反偏，保护等方面都满足IGBT的驱动要求，是一种性能优异、成熟的驱动电路。

Description

中高压变频器IGBT驱动电路

技术领域

本实用新型涉及中高压变频器的绝缘栅双极型功率管IGBT的驱动，为一种中高压变频器IGBT驱动电路。

背景技术

由于变频调速技术在国民经济和日常生活具有重要地位，是节约能源的高新技术，也是国际技术更新换代较快的领域，是高科技领域的综合性技术。在我国也是替代进口、节约投资的最大领域之一。尽管我国虽有个别公司有能力生产部分型号的中高压变频器，既满足不了告诉发展市场需求，同时现有的产品在技术的升级、质量稳定和节能效益等方面还有一定的技术攻关空间，就本技术领域的世界水平而言，随着计算机技术、集成电路技术、自动控制技术和新材料、新工艺的应用，整个行业仍处在技术进步的高速发展阶段。国务院刚刚颁布的十一五科技规划纲要中明确规定，能源与节能技术是我们科技发展的发展中的攻关方向，是建设资源节约型、环境友好型的社会中重要的科技发展领域。促进节能技术的发展和实现产业化，既符合我国社会发展对高新技术发展的总体要求，事实上也成为一个巨大的产业市场，具有令人瞩目的良好前景。

在高压变频器技术发展过程中，高压变频器技术中关键技术，大功率开关器件的驱动电路实现方法一直受到广泛的关注。大功率开关器件IGBT集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。但是，IGBT和其它电力电子器件一样，其应用还依赖于电路条件和开关环境，目前的IGBT驱动电路在控制脉冲与驱动电路的电隔离，提供功率器件完整的保护功能，可靠性等方面还不能满足使用需求，因此，IGBT的驱动和保护电路是电路设计的难点和重点，是整个装置运行的关键环节。本实用新型对IGBT的驱动和保护电路给出了一种实用新颖的实现方案。

发明内容

本实用新型要解决的问题是：克服一般的IGBT驱动设计存在的缺点和不足，而提出一种实用的新型的IGBT驱动设计方案。该方法实现控制脉冲与驱动电路的电隔离，提供功率器件完整的保护功能，可靠性高。

本实用新型的技术方案为：中高压变频器IGBT驱动电路，包括电源模块，可编程逻辑器件FPGA、电路保护监测电路、光电隔离模块和功率放大电路，电源模块、电路保护监测电路的输出连接FPGA，FPGA的输出经光电隔离模块和功率放大电路连接至IGBT。

电路保护监测电路包括IGBT过压、欠压保护保护电路，IGBT温度检测电路，IGBT的通断状态检测电路。

本实用新型适用于大功率、高耐压IGBT模块串、并联电路的驱动和保护。通过光纤传输驱动及状态识别信号，进行高压隔离传输，具有良好的抗电磁干扰性能和较大的驱动电流，适用于高压大功率场合；实现了IGBT的过流和短路保护电路，以及信号反馈检测功能。本实用新型实用可靠，工艺细致，在驱动波形正、反偏，保护等方面都满足IGBT的驱动要求，是一种性能优异、成熟的驱动电路。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构框图。

图2为本实用新型电路保护监测电路的过压、欠压保护电路图。

图3为本实用新型电源模块电路图。

具体实施方式

如图1，本实用新型包括电源模块，可编程逻辑器件FPGA、电路保护监测电路、光电隔离模块和功率放大电路，电源模块、电路保护监测电路的输出连接FPGA，FPGA的输出经光电隔离模块和功率放大电路连接至IGBT，FPGA通过光纤接口电路连接中高压变频器的主控板。

下面具体说明本实用新型的实现。

1)、FPGA设有保护处理电路，检测IGBT集电极和发射极电压来监测过电流；

2)、电路保护监测电路设有IGBT过压、欠压保护电路，包括输入过压、欠压保护，电路如图2所示。过压、欠压保护的实现电路是类似的，过压电路的输入电压经过分压后送到比较器的反相端，比较器的同相端接给定电压，而欠压电路则正相反，欠压电路的输入电压经过分压后送到比较器的同相端，比较器的反相端接给定电压，他们的区别在于比较器的输出不同，即输入过压时，比较器输出低电平；输入欠压时，比较器输出高电平。两种保护电路的输出经过集成运放的运算后，即只要有一种故障发生，得到的故障信号就是高电平，通过隔离的光藕TLP521送到FPGA的外中断端口进行相应的处理；

3)、电路保护监测电路还设有IGBT温度检测电路，通过一个检测芯片LM35发出随温度变化得电压信号与基准电压相比较；

4)、电路保护监测电路检测IGBT的通断状态，IGBT通断信号都引入FPGA，一旦出现故障则发出故障显示，并将故障信息上传给上级主控单元；

5)、FPGA设有信号合成电路和死区分配电路，实现IGBT的死区与信号合成，在处理各种输入信号时，设置死区门槛，通讯校验纠错，提高系统可靠性；

6)、电源模块：电源模块主回路如图3所示，主回路开关管选用电压驱动型CMOS管2SK1317，耐压等级为1500V。与传统的反激自激式开关电源中的晶体管相比，具有频率大，驱动控制简单，驱动功率小的优点。为了减小开关管的开关应力，设计了与原边电感并联的RC缓冲器，吸收关断过电压的能量。为了满足输出低纹波的要求，输出采用多级电容滤波。在一般单晶体管反激变换器中，在管子关断时，开关晶体管的集电极可能传承受3-4倍于输入电压V_i的电压，这种情况对于晶体管的耐压要求就很苛刻，因此在这种情况下可以采用如图所示的双晶体管反激变换器。

本实用新型在PCB电路板上实现，其可靠性设计除了在原理设计时考虑以外，在印制板设计过程中同样考虑可靠性。

1)、布局

首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。

2)、布线

布线的原则如下；

(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。

(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。

Claims

1.中高压变频器IGBT驱动电路，其特征是包括电源模块，可编程逻辑器件FPGA、电路保护监测电路、光电隔离模块和功率放大电路，电源模块、电路保护监测电路的输出连接FPGA，FPGA的输出经光电隔离模块和功率放大电路连接至IGBT。

2.根据权利要求1所述的中高压变频器IGBT驱动电路，其特征是电路保护监测电路包括IGBT过压、欠压保护保护电路，IGBT温度检测电路，IGBT的通断状态检测电路。