CN203233299U

CN203233299U - 一种城市轨道车辆牵引变流器制动用igbt驱动电路

Info

Publication number: CN203233299U
Application number: CN 201320267602
Authority: CN
Inventors: 周志华; 蔡罗强; 陈鸿蔚; 黄兴; 郭启明
Original assignee: Xiangtan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Xiangtan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2023-05-16

Abstract

本实用新型公开了一种城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路，其包括反激式直流隔离变换器、短路或过流保护电路、窄脉冲滤除及软关断电路、电源检测及变换电路、推挽功率放大电路、信号输入及错误反馈电路及逻辑处理单元。若本驱动电路运行过程中没有检测到电源系统欠压和制动IGBT短路、过流保护信号，则控制系统发出的PWM脉冲信号经过窄脉冲滤除及软关断电路后到达推挽功率放大电路，形成制动IGBT门极功率驱动信号；若检测到电源系统欠压或制动IGBT出现短路、过流等错误，并且持续了一定的时间，则本驱动电路封锁此信号，通过降压软关断电路把Vge的电压降低直至完全关断IGBT，防止IGBT关断时产生过电压，降低了IGBT的关断损耗。

Description

一种城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种IGBT驱动电路，特别涉及一种城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路。

背景技术

随着世界工业化水平的飞速提高，IGBT运用于各个领域的电力电子设备功率等级也不断上升，作为构成电力电子设备功率电路的核心，功率半导体器件IGBT的器件性能及其所运行的工况成为了大功率系统稳定工作的决定性因素之一，其工作性能除了可以利用各种控制手段以及电路拓扑结构的优化来改善外，设计合理可靠的IGBT驱动模块和保护电路是一种更直接、更经济的方案。

目前IGBT驱动器技术比较成熟，一般应用于IGBT驱动电路大都采用专业驱动器公司生产的驱动板，功能可靠，但每种驱动器所驱动的IGBT类型有所限制，对驱动的一些参数不能够详细调节，驱动器出现故障不便维修，只能更换整个驱动器，成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种成本低、维修方便、工作稳定可靠的城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路，包括反激式直流隔离变换器、短路或过流保护电路、窄脉冲滤除及软关断电路、电源检测及变换电路、推挽功率放大电路、信号输入及错误反馈电路和逻辑处理单元，所述反激式直流隔离变换器的输入端接电源，输出端分别与短路或过流保护电路、窄脉冲滤除及软关断电路、电源检测及变换电路、推挽功率放大电路、信号输入及错误反馈电路连接；信号输入及错误反馈电路连接电源检测及变换电路，电源检测及变换电路、短路或过流保护电路与逻辑处理单元的输入端连接，逻辑处理单元的输出端分别连接窄脉冲滤除及软关断电路、信号输入及错误反馈电路，所述信号输入及错误反馈电路、窄脉冲滤除及软关断电路、推挽功率放大电路依次串接。

所述电源检测及变换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、比较器、稳压器以及第一三极管，所述第一电阻的一端与反激式直流隔离变换器的输出端相连，另一端与比较器的正输入端连接，所述第二电阻的一端接地，另一端连接所述比较器的正输入端，所述比较器的负输入端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极接电源正极，发射极连接信号输入及错误反馈电路，所述第三电阻一端接电源正极，另一端连接所述第一三极管的基极，所述稳压器一端接地，另一端连接所述第一三极管的基极，所述第四电阻的一端与反激式直流隔离变换器的输出端相连，另一端与比较器的输出端连接。

所述逻辑处理单元为2输入与非门。

本实用新型的有益效果在于：1、本实用新型的电源系统为反激式直流隔离变换器，其输入的直流电源范围广，而输出+15V电源很稳定，保证了制动IGBT驱动器在输入直流电源出现波动时自身的电源系统稳定；而变压器隔离了输入电压，使得驱动更加可靠；

2、本实用新型对驱动器出现电源系统欠压错误、IGBT运行短路或过流错误时有降压软关断IGBT的措施，可以防止关断过电压的产生，降低开关损耗，而窄脉冲滤除电路可有效滤除控制输入的窄脉冲，防止制动IGBT误开通；

3、本实用新型与控制系统之间是用光纤收发器连接，传输距离远，有效防止传输信号的干扰，同时把制动驱动器的状态信号反馈给控制系统，控制系统可以有效对驱动器错误信号进行处理；

4、本实用新型使用的元器件为通用元件，成本低，维修调试方便，便于批量生产；

5、若本驱动电路运行过程中没有检测到电源系统欠压和制动IGBT短路、过流保护信号，则此脉冲信号经过窄脉冲滤除及软关断电路后到达推挽功率放大电路，形成制动IGBT门极功率驱动信号；若运行过程中，检测到电源系统欠压或制动IGBT出现短路、过流等错误，并且持续了一定的时间，则本驱动电路首先是封锁控制系统发出的PWM信号，然后通过降压软关断电路把Vge的电压降低直至完全关断IGBT，这样可以有效降低IGBT关断时产生的过电压，降低开光损耗，上述的错误信号经过逻辑处理单元处理后，再通过信号输入及错误反馈电路传送给控制器，控制器对IGBT进行进一步的处理，因此本驱动电路能可靠地保护IGBT的工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型工作时的结构示意图。

图3为本实用新型的电源检测及变换电路示意图。

图4为本实用新型工作时检测IGBT的Vce电压实现短路或过流保护示意图。

图5为本实用新型的软关断电路示意图。

图6为本实用新型的推挽功率放大电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括反激式直流隔离变换器、短路或过流保护电路、窄脉冲滤除及软关断电路、电源检测及变换电路、推挽功率放大电路、信号输入及错误反馈电路和逻辑处理单元，所述反激式直流隔离变换器的输入端接电源，输出端分别与短路或过流保护电路、窄脉冲滤除及软关断电路、电源检测及变换电路、推挽功率放大电路、信号输入及错误反馈电路连接；信号输入及错误反馈电路连接电源检测及变换电路，电源检测及变换电路、短路或过流保护电路与逻辑处理单元的输入端连接，逻辑处理单元的输出端分别连接窄脉冲滤除及软关断电路、信号输入及错误反馈电路，所述信号输入及错误反馈电路、窄脉冲滤除及软关断电路、推挽功率放大电路依次串接。

所述反激式直流隔离变换器是由变压器、电源调节芯片TOP247、电压精确调整芯片TL431、高压隔离光藕等组成的直流变换电路，其输入直流电压范围广，输出稳定的直流单电源+15V，为整个驱动板单元提供工作电源。

如图2所示，牵引变流器制动系统接受来自控制器发出的制动PWM信号，经过光纤接收器隔离传输，若驱动电路运行过程中没有检测到电源系统欠压和制动IGBT短路、过流保护信号，则此脉冲信号经过窄脉冲滤除及软关断电路后到达推挽功率放大电路，形成制动IGBT门极功率驱动信号，也即是加在IGBT的基极G和射极E之间的电压信号，当IGBT正常导通时Vge是+13.5V，IGBT关断时Vge是-13.5V；若驱动电路运行过程中，检测到电源系统欠压或制动IGBT出现短路、过流等错误，并且持续了一定的时间，则首先封锁控制系统发出的PWM信号，然后通过软关断电路把Vge的电压降到+10V，再降低Vge电压直至负压到-13.5V，完全关断IGBT，防止IGBT关断时产生过电压，降低了IGBT的关断损耗。上述的错误信号经过逻辑处理单元处理后，再通过信号输入及错误反馈电路传送给控制器，控制器对IGBT进行进一步的处理。

如图3所示，图3是电源检测及变换电路的示意图，电源检测及变换电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、比较器、稳压器ZD4以及第一三极管Q4，所述第一电阻R1的一端与反激式直流隔离变换器的输出端相连，另一端与比较器的正输入端连接，所述第二电阻R2的一端接地，另一端连接所述比较器的正输入端，所述比较器的负输入端与第一三极管Q4的基极连接，所述第一三极管Q4的集电极接电源正极，发射极连接信号输入及错误反馈电路，所述第三电阻R3一端接电源正极，另一端连接所述第一三极管Q4的基极，所述稳压器ZD4一端接地，另一端连接所述第一三极管Q4的基极，所述第四电阻R4的一端与反激式直流隔离变换器的输出端相连，另一端与比较器的输出端连接。反激式直流隔离变换器的输出端电压+15V的电源经过电阻R1、R2分压之后送入电压比较器的正输入端，而由电源+15V，电阻R3、稳压管ZD4及三极管Q4组成的电源变换单元，输出+5V的电源给光纤接收器使用，同时连接到电压比较器的负输入端，当反激式直流隔离变换器的输出端电压+15V下降到一定的时候，比较器的输出翻转，输出电源系统欠压信号。

如图4所示，图4是检测IGBT的Vce电压实现短路或过流保护示意图。稳压管ZD2是稳定IGBT要求过流保护电流值对应的电压值Vce（IGBT集电极C和发射极E之间电压），ZD1是电源+15V保护作用稳压管；正常情况下因为IGBT没有驱动信号时Gate2是高电平,比较器的负输入端因为Q1导通一直处于低电平；当IGBT有驱动信号，Q1截止，则比较器的负输入端由IGBT导通时Vce电压加上D1、D2、D3的管压降，出现过流时Vce的电平会抬高，导致比较器的输出翻转，Fault1变低，即输出软关断封锁脉冲信号，同时输出反馈信号到控制板。图3、图4的信号Fault1是连在一起的。可以改变R11和C9的值，调节IGBT短路或过流保护的消隐时间。

如图5所示，图5是降压软关断IGBT的示意图。当检测到IGBT驱动器的错误信号，其输入低电平有效，则三极管Q7、Q8导通，IGBT驱动功率推挽输入控制信号电压通过稳压管ZD5先降低后，再封锁该控制信号，达到降压软关断IGBT的目的，这样可以有效降低IGBT关断过电压，降低IGBT 的关断损耗。

如图6所示，图6是推挽功率放大电路的示意图。该电路采用单电源供电，制动控制的控制信号经过逻辑处理单元后进入驱动芯片U5，驱动芯片U5有两个输入端，一个高电平有效，一个低电平有效，两管脚接同一控制信号，当输入控制信号为低电平，则outA输出高电平，outB输出低电平，连接后面的推挽功率放大电路，三极管Q10、Q11导通，Q9、Q12关断，IGBT的基极G与发射极E之间的电压成正压+13.5V（三极管有导通压降），IGBT导通；当输入控制信号为高电平，则outA输出低电平，outB输出高电平，三极管Q9、Q11导通，Q10、Q12关断。IGBT的基极G与发射极E之间的电压成负压-13.5V，IGBT关断。R30和D20组成的是驱动电压保护电路。

Claims

1.一种城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路，其特征在于：包括反激式直流隔离变换器、短路或过流保护电路、窄脉冲滤除及软关断电路、电源检测及变换电路、推挽功率放大电路、信号输入及错误反馈电路和逻辑处理单元，所述反激式直流隔离变换器的输入端接电源，输出端分别与短路或过流保护电路、窄脉冲滤除及软关断电路、电源检测及变换电路、推挽功率放大电路、信号输入及错误反馈电路连接；信号输入及错误反馈电路连接电源检测及变换电路，电源检测及变换电路、短路或过流保护电路与逻辑处理单元的输入端连接，逻辑处理单元的输出端分别连接窄脉冲滤除及软关断电路、信号输入及错误反馈电路，所述信号输入及错误反馈电路、窄脉冲滤除及软关断电路、推挽功率放大电路依次串接。

2.如权利要求1所述的城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路，其特征在于：所述电源检测及变换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、比较器、稳压器以及第一三极管，所述第一电阻的一端与反激式直流隔离变换器的输出端相连，另一端与比较器的正输入端连接，所述第二电阻的一端接地，另一端连接所述比较器的正输入端，所述比较器的负输入端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极接电源正极，发射极连接信号输入及错误反馈电路，所述第三电阻一端接电源正极，另一端连接所述第一三极管的基极，所述稳压器一端接地，另一端连接所述第一三极管的基极，所述第四电阻的一端与反激式直流隔离变换器的输出端相连，另一端与比较器的输出端连接。

3.如权利要求2所述的城市轨道车辆牵引变流器制动用IGBT驱动电路，其特征在于：所述逻辑处理单元为2输入与非门。