CN203313047U - 一种并联桥式igbt驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种并联桥式IGBT驱动装置，包括：光纤接收模块（1）、光纤发送模块（2）、IGBT驱动模块（3）、驱动输出模块和系统控制模块（9）；光纤接收模块（1）的输入端连接系统控制模块（9）的脉宽调制信号输出端，光纤接收模块（1）的输出端连接IGBT驱动模块（3）的驱动信号输入端；光纤发送模块（2）的输入端连接IGBT驱动模块（3）的故障信号输出端，光纤发送模块（2）的输出端连接系统控制模块（9）的信号输入端；驱动输出模块的输入端连接IGBT驱动模块（3）的驱动信号输出端，驱动输出模块的输出端连接桥式并联IGBT电路（8）。

Description

一种并联桥式IGBT驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种驱动装置，特别是涉及一种并联桥式IGBT驱动装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展，高压大功率电力电子变流器的应用越来越广泛。由于目前电力电子开关器件的耐压和通流能力有限，高压大容量变流器中的半导体器件往往需要并联使用。IGBT具有开关频率高，输入阻抗大，饱和压降低且驱动功率小的优点，为了同时满足大电流和高开关频率的要求，IGBT的并联应用能够提高变流器的电流密度和性价比，因此IGBT的并联技术成为高压大容量变流器的发展趋势之一。

目前针对两个IGBT的并联驱动研究较多，但是针对桥式并联的四个IGBT的驱动研究很少。桥式并联四个IGBT中上桥臂的两个IGBT由同一个驱动信号控制，下桥臂的两个IGBT由同一个驱动信号控制，并联的IGBT由于自身参数的不一致，会引起电流分配的不平衡，不均流问题会导致变流器的可靠性降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种桥式并联IGBT驱动装置，提高IGBT驱动的可靠性，实现应用两路脉宽调制信号同时控制四个IGBT的开通与关断。

本实用新型的桥式并联IGBT驱动装置包括系统控制模块，光纤接收模块、光纤发送模块、IGBT驱动模块和驱动输出模块。光纤接收模块的输入端连接系统控制模块的脉宽调制信号输出端，光纤接收模块的输出端连接IGBT驱动模块的驱动信号输入端；光纤发送模块的输入端连接IGBT驱动模块的故障信号输出端，光纤发送模块的输出端连接系统控制模块的信号输入端；驱动输出模块的输入端连接IGBT驱动模块的驱动信号输出端，驱动输出模块的输出端连接桥式并联IGBT电路。

所述实用新型的桥式并联IGBT驱动装置的功能是控制桥式并联连接的四个IGBT的开通与关断，其中系统控制模块的一个功能是产生两路脉宽调制信号，另一个功能是接收光纤发送模块发出的故障反馈信号；光纤接收模块用于接收来自系统控制模块的两路脉宽调制光信号，并且将两路脉宽调制光信号转变成两路脉宽调制电信号，发送到IGBT驱动模块；光纤发送模块用于接收来自IGBT驱动模块发出的故障电信号，并且将电信号转变成光信号，发送到系统控制模块；IGBT驱动模块用于对两路脉宽调制电信号进行处理，发送出两路脉宽调制信号给驱动输出模块；驱动输出模块包含四个驱动输出模块。驱动输出模块的功能是将IGBT驱动模块发出的脉宽调制信号进行限压限流保护，然后发送到桥式并联连接的四个IGBT。

与现有技术相比，本实用新型的驱动装置能够同时驱动并联桥式的四个IGBT，四个驱动输出模块制作成四块驱动辅助板，使驱动辅助板与IGBT的距离最短，减小了杂散电感对电流分配的影响。本实用新型还采用光纤模块接收和发送信号，信号传输性能好，具有故障反馈功能，驱动装置可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的IGBT驱动装置的结构示意图；

图2是本实用新型的IGBT驱动装置的电路原理图；

图中，1光纤接收模块，2光纤发送模块，3IGBT驱动模块，4第二驱动输出模块，5第一驱动输出模块，6第三驱动输出模块，7第四驱动输出模块，8桥式并联IGBT电路，9系统控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1所示为本实用新型一个实施例的桥式并联IGBT驱动装置。所述的桥式并联IGBT驱动装置包括：系统控制模块，光纤接收模块1、光纤发送模块2、IGBT驱动模块3和驱动输出模块。光纤接收模块1的输入端连接系统控制模块的脉宽调制信号输出端，光纤接收模块1的输出端连接IGBT驱动模块3的驱动信号输入端；光纤发送模块的输入端连接IGBT驱动模块3的故障信号输出端，光纤发送模块2的输出端连接系统控制模块的信号输入端；驱动输出模块的输入端连接IGBT驱动模块3的驱动信号输出端，驱动输出模块的输出端连接桥式并联IGBT电路8。

桥式并联IGBT电路8由并联桥式连接的四个IGBT组成，四个IGBT分别为第一绝缘栅双极晶体管S1、第二绝缘栅双极晶体管S2、第三绝缘栅双极晶体管S3和第四绝缘栅双极晶体管S4；第一绝缘栅双极晶体管S1与第二绝缘栅双极晶体管S2并联连接，构成并联桥式IGBT的上桥臂，第三绝缘栅双极晶体管S3与第四绝缘栅双极晶体管S4并联连接，构成并联桥式IGBT的下桥臂，并联桥式IGBT的上桥臂与下桥臂串联连接构成并联桥式IGBT电路8。

本实用新型的桥式并联IGBT驱动装置的功能是控制桥式并联连接的四个IGBT的开通与关断，其中系统控制模块的功能是产生脉宽调制信号，接收光纤发送模块2发出的故障反馈信号；光纤接收模块1用于接收来自系统控制模块的两路脉宽调制光信号，并且将两路脉宽调制光信号转变成两路脉宽调制电信号，发送到IGBT驱动模块3；光纤发送模块2用于接收来自IGBT驱动模块3发出的故障电信号，并且将电信号转变成光信号，发送到系统控制模块；IGBT驱动模块3用于对两路脉宽调制电信号进行处理，发送出两路脉宽调制信号给驱动输出模块；驱动输出模块包含第一驱动输出模块5、第二驱动输出模块4、第三驱动输出模块6、第四驱动输出模块7，驱动输出模块的功能是将IGBT驱动模块发出的脉宽调制信号进行限压限流保护，然后发送到桥式并联连接的四个IGBT。

本实用新型的桥式并联IGBT驱动装置的工作原理：系统控制模块产生两路脉宽调制光信号，本实用新型的驱动装置中的光纤接收模块1接收两路脉宽调制光信号，经过光纤接收模块1后，脉宽调制光信号转变成两路脉宽调制电信号，传送到IGBT驱动模块3，IGBT驱动模块3进行信号处理后，发出两路脉宽调制信号，其中一路脉宽调制信号经过第一驱动输出模块5，发出脉宽调制信号控制第一绝缘栅双极晶体管S1的通断，将第二驱动输出模块4与第一驱动输出模块5并联连接，便可控制第二绝缘栅双极晶体管S2的通断；另一路脉宽调制信号经过第三驱动输出模块6，便可控制第三绝缘栅双极晶体管S3的通断，将第四驱动输出模块7与第三驱动输出模块6并联连接，便可控制第四绝缘栅双极晶体管S4的通断，从而实现两路脉宽调制信号控制并联桥式电路的四个IGBT，并且保证上桥臂的第一绝缘栅双极晶体管S1与第三绝缘栅双极晶体管S2同时开通和关断，下桥臂的第三绝缘栅双极晶体管S3与第四绝缘栅双极晶体管S4同时开通和关断。

如图2所示，本实用新型IGBT驱动装置中，系统控制模块9是以芯片DSP28335为核心的控制电路板，具有两路脉宽调制光信号输出端O1、O2，一路光信号输入端I1。光纤接收模块1由第一、第二两个光纤接收器U1、U2和第一、第二两个反向施密特触发器T1、T2组成，光纤接收模块1中的第一、第二光纤接收器U1、U2为HFBR-2521，光纤接收模块1中的第一、第二两个反向施密特触发器T1、T2和光纤发送模块2中的第三、第四两个反向施密特触发器T3、T4为反向施密特触发器74HC14D。光纤发送模块2由光纤发送器U3、逻辑与或非门电路U4和第三、第四两个反向施密特触发器组成，光纤发送模块2中的光纤发送器U3为HFBR-1521，光纤发送模块2中的逻辑与或非门电路U4为SN75451，IGBT驱动模块U5为2SD315AI，此芯片具有两路脉宽调制信号输入端，两路脉宽调制信号输出端采用脉冲变压器隔离方式，能同时驱动两个IGBT，并且具有两路故障反馈输出端。驱动输出模块包含第一驱动输出模块5、第二驱动输出模块4、第三驱动输出模块6和第四驱动输出模块7，四个驱动模块均为由二极管、电阻、电容组成的限压限流电路，驱动输出模块中的D6-D13为瞬态电压抑制二极管。

系统控制模块的第一脉宽调制光信号的输出端O1连接第一光纤接收器U1的信号输入端，第一光纤接收器U1的信号输出端接第一反向施密特触发器T1的输入端，第一反向施密特触发器T1的输出端连接IGBT驱动模块U5的第一路驱动信号输入端inA；系统控制模块的第二脉宽调制光信号的输出端O2连接第二光纤接收器U2的信号输入端，第二光纤接收器U2的信号输出端接第二反向施密特触发器T2的输入端，第二反向施密特触发器T2的输出端连接IGBT驱动模块U5的第二路驱动信号输入端inB。IGBT驱动模块U5的两个故障输出端SO1、SO2经第三电阻R3连接到第三反向施密特触发器T3输入端，第三反向施密特触发器T3输出端连接到第四反向施密特触发器T4输入端，第四反向施密特触发器T4输出端连接到逻辑与或非门电路U4的输入端，逻辑与或非门电路U4的输出端连接到第一光纤发送器U3的信号输入端，第一光纤发送器U3的信号输出端连接系统控制模块的第一光信号的输入端I1。

IGBT驱动模块U5的第一路驱动集电极CA经第七电阻R7，第二二极管D2、第三二极管D3，第一驱动输出模块5的第十二电阻R12连接到第一绝缘栅双极晶体管S1的集电极C1；IGBT驱动模块U5的第一路驱动栅极GA经第一驱动输出模块5的第十三电阻R13连接到第一绝缘栅双极晶体管S1的栅极G1；IGBT驱动模块U5的第一路驱动发射极EA经第一驱动输出模块5的第十四电阻R14连接到第一绝缘栅双极晶体管S1的发射极E1；第一驱动输出模块5的第八稳压二极管D8的阴极连接到第一绝缘栅双极晶体管S1的栅极G1，第八稳压二极管D8的阳极连接到第一绝缘栅双极晶体管S1的发射极E1；第一驱动输出模块5的第九稳压二极管D9的阳极连接到第一绝缘栅双极晶体管S1的栅极G1，第九稳压二极管D9的阴极经第一驱动输出模块5的第七电容C7连接到第一绝缘栅双极晶体管S1的发射极E1；第二驱动输出模块4的第九电阻R9的一端连接到第三二极管D3的阴极，第九电阻R9的另一端连接到第二绝缘栅双极晶体管S2的集电极C2；IGBT驱动模块U5的第一路驱动栅极GA经第二驱动输出模块4的第十电阻R10连接到第二绝缘栅双极晶体管S2的栅极G2；IGBT驱动模块U5的第一路驱动发射极EA经第二驱动输出模块4的第十一电阻R11连接到第二绝缘栅双极晶体管S2的发射极E2，第二驱动输出模块4的第六稳压二极管D6的阳极连接到第二绝缘栅双极晶体管S2的发射极E2，第六稳压二极管D6的阴极连接到第二绝缘栅双极晶体管S2的栅极G2，第二驱动输出模块4的第七稳压二极管D7的阳极连接到第二绝缘栅双极晶体管S2的栅极G2，第七稳压二极管D7的阴极经第二驱动输出模块4的第六电容C6连接到第二绝缘栅双极晶体管S2的发射极E2；IGBT驱动模块U5的第二路驱动集电极CB经第八电阻R8，第四二极管D4、第五二极管D5，第三驱动输出模块6的第十五电阻R15连接到第三绝缘栅双极晶体管S3的集电极C3；IGBT驱动模块U5的第二路驱动栅极GB经第三驱动输出模块6的第十六电阻R16连接到第三绝缘栅双极晶体管S3的栅极G3；IGBT驱动模块U5的第二路驱动发射极EB经第三驱动输出模块6的第十七电阻R17连接到第三绝缘栅双极晶体管S3的发射极E3；第三驱动输出模块6的第十稳压二极管D10的阴极连接到第三绝缘栅双极晶体管S3的栅极G3，第十稳压二极管D10的阳极连接到第三绝缘栅双极晶体管S3的发射极E3，第三驱动输出模块6的第十一稳压二极管D11的阳极连接到第三绝缘栅双极晶体管S3的栅极G3，第十一稳压二极管D11的阴极经第三驱动输出模块6的第八电容C8连接到第三绝缘栅双极晶体管S3的发射极E3；第四驱动输出模块7的第十八电阻R18的一端连接到二极管D5的阴极，第十八电阻R18的另一端连接到第四绝缘栅双极晶体管S4的集电极C4；IGBT驱动模块U5的第二路驱动栅极GB经第四驱动输出模块7的第十九电阻R19连接到第四绝缘栅双极晶体管S4的栅极G4；IGBT驱动模块U5的第二路驱动发射极EB经第四驱动输出模块7的第二十电阻R20连接到第四绝缘栅双极晶体管S4的发射极E4，第四驱动输出模块7的第十二稳压二极管D12的阳极连接到第四绝缘栅双极晶体管S4的栅极G4，第十三稳压二极管D13的阴极经第四驱动输出模块7的第九电容C9连接到第四绝缘栅双极晶体管S4的发射极E4。

本实用新型的工作原理和工作过程如下；

1，系统控制模块发出两路脉宽调制光信号，一路脉宽调制光信号传送到光纤接收模块中的第一光纤接收器U1转变成电信号后，经过第一反向施密特触发器T1，然后信号传送到IGBT驱动模块的第一路驱动信号输入端inA，经过IGBT驱动模块对信号进行处理后，发送出用于驱动上桥臂IGBT的驱动信号，发送信号的端口分别为第一路驱动输出集电极CA，第一路驱动输出栅极GA，第一路驱动输出发射极EA，这三个端口分别连接到并联桥式电路中上桥臂第一绝缘栅双极晶体管S1的集电极、栅极、发射极，控制第一绝缘栅双极晶体管S1的通断。第二驱动输出模块4与驱动输出模块并联连接，第二驱动输出模块4输出与第一驱动输出模块5输出相同的脉宽调制信号，控制上桥臂第二绝缘栅双极晶体管S2的通断。

2，系统控制模块发出的另一路脉宽调制光信号传送到光纤接收模块1中的第二光纤接收器U2转变成电信号后，经过第二反向施密特触发器T2，然后信号传送到IGBT驱动模块的第二路驱动信号输入端inB，经过IGBT驱动模块对信号进行处理后，发送出用于驱动下桥臂IGBT的驱动信号，发送信号的端口分别为第二路驱动输出集电极CB，第二路驱动输出栅极GB，第二路驱动输出发射极EB，这三个端口分别连接到并联桥式电路中第三绝缘栅双极晶体管S3集电极、栅极、发射极，控制第三绝缘栅双极晶体管S3的通断。第四驱动输出模块7与第三驱动输出模块6并联连接，第四驱动输出模块7输出与第三驱动输出模块6输出相同的脉宽调制信号，控制第四绝缘栅双极晶体管S4的通断。

3，驱动输出模块为独立的辅助驱动板，与IGBT模块之间的距离尽量短，IGBT驱动模块与驱动输出之间用短双绞线连接。

4，当IGBT驱动模块出现过流故障、供电电压过大或者过小时，IGBT驱动模块自动封锁驱动输出信号。IGBT驱动模块会发出故障信号给光纤发送模块，光纤发送模块把故障电信号转变成光信号，发送给系统控制模块，实现系统控制模块对驱动装置的实时监测，保证驱动装置的可靠性。

Claims (3)

1.一种并联桥式IGBT驱动装置，其特征在于，所述的桥式并联IGBT驱动装置包括：系统控制模块（9），光纤接收模块（1）、光纤发送模块（2）、IGBT驱动模块（3）和驱动输出模块；光纤接收模块（1）的输入端连接系统控制模块（9）的脉宽调制信号输出端，光纤接收模块（1）的输出端连接IGBT驱动模块（3）的驱动信号输入端；光纤发送模块（2）的输入端连接IGBT驱动模块（3）的故障信号输出端，光纤发送模块（2）的输出端连接系统控制模块（9）的信号输入端；驱动输出模块的输入端连接IGBT驱动模块（3）的驱动信号输出端，驱动输出模块的输出端连接桥式并联IGBT电路（8）。

2.根据权利要求1所述的并联桥式IGBT驱动装置，其特征在于，所述的光纤接收模块（1）由第一、第二两个光纤接收器（U1、U2）和第一、第二两个反向施密特触发器（T1、T2）组成；所述的光纤发送模块（2）由光纤发送器（U3）、逻辑与或非门电路（U4）、第三、第四两个反向施密特触发器（T3、T4）组成；系统控制模块的第一脉宽调制光信号的输出端（O1）连接第一光纤接收器（U1）的信号输入端，第一光纤接收器（U1）的信号输出端接第一反向施密特触发器（T1）的输入端，第一反向施密特触发器（T1）的输出端连接IGBT驱动模块（U5）的第一路驱动信号输入端（inA）；系统控制模块的第二脉宽调制光信号的输出端（O2）连接第二光纤接收器（U2）的信号输入端，第二光纤接收器（U2）的信号输出端接第二反向施密特触发器（T2）的输入端，第二反向施密特触发器（T2）的输出端连接IGBT驱动模块（U5）的第二路驱动信号输入端（inB）；IGBT驱动模块（U5）的两个故障输出端（SO1、SO2）经第三电阻（R3）连接到第三反向施密特触发器（T3）输入端，第三反向施密特触发器（T3）输出端连接到第四反向施密特触发器（T4）的输入端，第四反向施密特触发器（T4）的输出端连接到逻辑与或非门电路（U4）的输入端，逻辑与或非门电路（U4）的输出端连接到第一光纤发送器（U3）的信号输入端,第一光纤发送器(U3)的信号输出端连接系统控制模块的第一光信号的输入端(I1)。

3.根据权利要求1所述的并联桥式IGBT驱动装置，其特征在于，所述的IGBT驱动模块（U5）具有两路脉宽调制信号输入端和两路故障反馈输出端，两路脉宽调制信号输出端采用脉冲变压器隔离方式同时驱动两个IGBT；所述的驱动输出模块包含第一驱动输出模块（5）、第二驱动输出模块（4）、第三驱动输出模块（6）和第四驱动输出模块（7），四个驱动模块均为由二极管、电阻、电容组成的限压限流电路；

IGBT驱动模块（U5）的第一路驱动集电极（CA）经第一驱动输出模块（5）的第十二电阻（R12）连接到第一绝缘栅双极晶体管（S1）的集电极（C1）；IGBT驱动模块（U5）的第一路驱动栅极（GA）经第一驱动输出模块（5）的第十三电阻(R13)连接到第一绝缘栅双极晶体管(S1)的栅极(G1)；IGBT驱动模块（U5）的第一路驱动发射极（EA）经第一驱动输出模块（5）的第十四电阻（R14）连接到第一绝缘栅双极晶体管（S1）的发射极（E1）；第一驱动输出模块（5）的第八稳压二极管（D8）的阴极连接到第一绝缘栅双极晶体管（S1）的栅极（G1），第八稳压二极管（D8）的阳极连接到第一绝缘栅双极晶体管（S1）的发射极（E1）；第一驱动输出模块（5）的第九稳压二极管（D9）的阳极连接到第一绝缘栅双极晶体管（S1）的栅极（G1），第九稳压二极管（D9）的阴极经第一驱动输出模块（5）的第七电容（C7）连接到第一绝缘栅双极晶体管（S1）的发射极（E1）；第二驱动输出模块（4）的第九电阻（R9）的一端连接到第三二极管（D3）的阴极，第九电阻（R9）的另一端连接到第二绝缘栅双极晶体管（S2）的集电极（C2）；IGBT驱动模块（U5）的第一路驱动栅极（GA）经第二驱动输出模块（4）的第十电阻（R10）连接到第二绝缘栅双极晶体管（S2）的栅极（G2）；IGBT驱动模块（U5）的第一路驱动发射极（EA）经第二驱动输出模块（4）的第十一电阻（R11）连接到第二绝缘栅双极晶体管（S2）的发射极（E2），第二驱动输出模块（4）的第六稳压二极管（D6）的阳极连接到第二绝缘栅双极晶体管（S2）的发射极（E2），第六稳压二极管（D6）的阴极连接到第二绝缘栅双极晶体管（S2）的栅极（G2），第二驱动输出模块（4）的第七稳压二极管（D7）的阳极连接到第二绝缘栅双极晶体管（S2）的栅极（G2），第七稳压二极管（D7）的阴极经第二驱动输出模块（4）的第六电容（C6）连接到第二绝缘栅双极晶体管（S2）的发射极（E2）；IGBT驱动模块（U5）的第二路驱动集电极（CB）经第八电阻（R8），第四二极管（D4）、第五二极管（D5），第三驱动输出模块（6）的第十五电阻(R15)连接到第三绝缘栅双极晶体管(S3)的集电极（C3）；IGBT驱动模块（U5）的第二路驱动栅极(GB)经第三驱动输出模块(6)的第十六电阻（R16）连接到第三绝缘栅双极晶体管（S3）的栅极（G3）；IGBT驱动模块(U5)的第二路驱动发射极(EB)经第三驱动输出模块(6)的第十七电阻（R17）连接到第三绝缘栅双极晶体管（S3）的发射极（E3）；第三驱动输出模块（6）的第十稳压二极管（D10）的阴极连接到第三绝缘栅双极晶体管（S3）的栅极（G3），第十稳压二极管（D10）的阳极连接到第三绝缘栅双极晶体管（S3）的发射极（E3），第三驱动输出模块（6）的第十一稳压二极管（D11）的阳极连接到第三绝缘栅双极晶体管（S3）的栅极（G3），第十一稳压二极管（D11）的阴极经第三驱动输出模块（6）的第八电容（C8）连接到第三绝缘栅双极晶体管（S3）的发射极（E3）；第四驱动输出模块（7）的第十八电阻（R18）的一端连接到二极管（D5）的阴极，第十八电阻（R18）的另一端连接到第四绝缘栅双极晶体管（S4）的集电极（C4）；IGBT驱动模块（U5）的第二路驱动栅极（GB）经第四驱动输出模块（7）的第十九电阻（R19）连接到第四绝缘栅双极晶体管（S4）的栅极（G4）；IGBT驱动模块（U5）的第二路驱动发射极（EB）经第四驱动输出模块（7）的第二十电阻（R20）连接到第四绝缘栅双极晶体管（S4）的发射极（E4），第四驱动输出模块（7）的第十二稳压二极管（D12）的阳极连接到第四绝缘栅双极晶体管（S4）的栅极（G4），第十三稳压二极管（D13）的阴极经第四驱动输出模块（7）的第九电容（C9）连接到第四绝缘栅双极晶体管（S4）的发射极（E4）。

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