CN208226855U - 大功率半导体器件驱动控制装置及串联取电结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率半导体器件驱动控制装置及串联取电结构，其中大功率半导体器件驱动控制装置包括信号处理模块、通信模块、驱动模块以及多个供电模块；通信模块、信号处理模块及驱动模块依次电性连接；多个冗余供电模块适于为大功率半导体器件驱动控制装置供电；信号处理模块适于将通信模块接收的通讯信号转换为控制命令，以对驱动模块进行控制，实现对大功率半导体器件进行驱动。

Description

大功率半导体器件驱动控制装置及串联取电结构

技术领域

本实用新型涉及驱动控制电路，具体而言，涉及一种大功率半导体器件驱动控制装置及串联取电结构。

背景技术

现代工业的飞速发展对电力电子器件的性能和功率的要求越来越高，大功率电子器件无论在传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是高新技术产业（航天、激光、通信、机器人等）中均扮演重要角色。由此产生了众多适应不同场合不同特性的耐高压、大功率的电力电子器件。半导体器件不断向着小型化、高效率化、高速控制化的目标飞跃前进。

在器件本身发展较快的前提下，准确可靠的驱动模块的应用显得至关重要，在一定程度上决定了整个元件的特性的表现。按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质可分为电压驱动型器件，如IGBT、IEGT、MOSFET、SITH等和电流驱动型器件，如晶闸管、GTO、GTR等。

目前，针对大功率电子器件的驱动模块已有少部分产品针对某一种器件达到驱动的基本要求，其内部逻辑往往过于单一，在实际应用一旦出现单一元器件故障或异常，往往会导致半导体器件未能及时关合，造成设备故障或事故。

因此，如何解决上述问题是目前亟待解决的。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种大功率半导体器件驱动控制装置及串联取电结构，其目的在于通过对驱动控制装置内部回路选择性多重化以解决目前驱动控制装置内部单一回路故障造成的大功率元件不能可靠控制的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种大功率半导体器件驱动控制装置，包括：信号处理模块、通信模块、驱动模块以及多个冗余供电模块；所述通信模块、所述信号处理模块及所述驱动模块依次电性连接；多个所述冗余供电模块适于为所述大功率半导体器件驱动控制装置供电；所述信号处理模块适于将所述通信模块接收的通讯信号转换为控制命令，以对所述驱动模块进行控制，实现对大功率半导体器件进行驱动。

在本实用新型较佳的实施例中，所述供电模块包括取能线圈、整流电路以及稳压电路；所述取能线圈适于通过电磁感应从供电线路获得电流，并经过所述整流电路、所述稳压电路为所述大功率半导体器件驱动控制装置供电。

在本实用新型较佳的实施例中，所述取能线圈包括环形铁芯或磁环以及绕组；所述绕组环绕设置于环形铁芯或磁环上形成副边并与所述整流电路电性连接；供电线路穿过所述环形铁芯或磁环作为原边并通过电磁感应将原边的电流感应到副边。

在本实用新型较佳的实施例中，所述信号处理模块的数量与所述通信模块的数量相同均为多个，且每个所述通信模块分别对应一个所述信号处理模块；

各所述信号处理模块的信号输出端连接一或门的相应输入端，该或门的输出端与所述驱动模块电性连接，以实现将多个信号统一后对至少一个大功率半导体器件进行驱动。

在本实用新型较佳的实施例中，所述信号处理模块还适于采集所述大功率半导体器件以及所述大功率半导体器件驱动控制装置的状态信息，形成监测数据帧并通过所述通信模块发送给上位机。

在本实用新型较佳的实施例中，所述通信模块为电气接口或光纤接口。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种串联取电结构，若干所述的大功率半导体器件驱动控制装置，且将各大功率半导体器件驱动控制装置中的多个供电模块同时从至少一根供电线路中串联进行取电。

相对于现有技术，本实用新型实施例具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种大功率半导体器件驱动控制装置及串联取电结构，其中大功率半导体器件驱动控制装置包括信号处理模块、通信模块、驱动模块以及多个冗余供电模块；通信模块、信号处理模块及驱动模块依次电性连接；多个冗余供电模块适于为大功率半导体器件驱动控制装置供电；信号处理模块适于依据通过通信模块接收的信号对驱动模块进行控制从而实现对大功率半导体器件进行驱动。通过采用多个冗余供电模块对大功率半导体器件驱动控制装置进行供电，选择性配置冗余的通信模块、信号处理模块、驱动模块，保证了系统运行的稳定性，在一个供电模块或通信模块、信号处理模块、驱动模块损坏的情况下可以继续工作，大大提升了驱动控制的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1示出了本实用新型第一实施例所提供的大功率半导体器件驱动控制装置的原理框图。

图2示出了本实用新型第一实施例所提供的大功率半导体器件驱动控制装置的供电模块的电路示意图。

图3示出了本实用新型第二实施例所提供的大功率半导体器件驱动控制装置的原理框图。

图4示出了三个大功率半导体器件控制装置的供电模块分别由两个电流源提供电流的结构示意图。

图中： 100-大功率半导体器件驱动控制装置；110-整流电路；120-取能线圈。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种大功率半导体器件驱动控制装置100，包括冗余的信号处理模块、冗余的通信模块、驱动模块以及冗余的供电模块。

其中，冗余的通信模块、冗余的信号处理模块及驱动模块依次电性连接；两个冗余得供电模块适于为大功率半导体器件驱动控制装置100供电；信号处理模块适于将通信模块接收的通讯信号转换为控制指令，以对驱动模块进行控制从而实现对大功率半导体器件进行驱动。通过采用两个冗余的供电模块对大功率半导体器件驱动控制装置100进行供电，保证了系统运行的稳定性，在一个供电模块损坏的情况下可以继续工作，大大提升驱动控制的可靠性。

进一步，驱动模块可以用来对信号处理模块发出的控制命令进行整合转换，生成可以驱动外部大功率器件门极的驱动信号。

具体的，信号处理模块还适于采集大功率半导体器件以及大功率半导体器件驱动控制装置100的状态信息，形成监测数据帧并通过通信模块发送给上位机，进而实现监控整个大功率半导体器件驱动控制装置的工作情况。

具体的，通信模块可以为电气接口或光纤接口；其中电气接口，可以是但不仅限于TTL电平信号、RS485通信接口、RS422通信接口、10/100/1000Base-T以太网接口、CAN通信接口；光纤接口，可以是但不仅限于10/100/1000Base-FX光纤以太网接口、FT3光纤通信接口。

在本实施例中，请参阅图2，供电模块包括取能线圈120、整流电路110以及稳压电路；取能线圈120适于通过电磁感应将供电线路的电流通过整流电路110以及稳压电路为大功率半导体器件驱动控制装置100供电。

其中，取能线圈120包括环形铁芯以及绕组；绕组环绕设置于环形铁芯上形成副边并与整流电路110电性连接；供电线路穿过环形铁芯作为原边并通过电磁感应将原边的电流感应到副边。采用取能线圈120取电，便于进行高压隔离，提高了抗电磁干扰能力。在其他实施例中，环形铁芯还可以采用磁环代替。

当多个大功率半导体器件控制装置同时使用时，其多个供电模块可以同时使用同一条供电线路的电缆或使用多条独立的供电线路。请参阅图4，图4示出了三个大功率半导体器件控制装置的两个供电模块分别由两个电流源（供电线路）提供电流的结构示意图。

请继续参阅图1，信号处理模块的数量与通信模块的数量相同均为多个，且每个通信接口均对应一个信号处理模块；每个信号处理模块均通过同一或门后与驱动模块电性连接以实现将多个信号统一后对大功率半导体器件进行驱动。

通信模块的数量可依据实际情况和可靠需求进行配备。在本实施例中采用两个通信模块，通过两个通信模块均可以实现接收控制命令或完成模块状态（数据帧）的发送，保证了可靠的信息交互。两对通信接口同时应用，发送给相应的信号处理模块，保证了数据收发的可靠性。

信号处理模块的数量也可依据实际情况和可靠需求进行配备，当配备两个信号处理模块时，两个信号处理模块同时工作，提高装置信号处理的可靠性，在本实施例中，信号处理模块包括但不仅限于采用CPU、CPLD、FPGA、ASIC等半导体芯片，通过半导体芯片，将通信接口发送过来的信息做逻辑分析比较，得到相应的驱动命令。

第二实施例

请参阅图3，本实用新型实施例提供的大功率半导体器件驱动控制装置100，除了驱动模块和控制的大功率半导体器件的数量与第一实施例不同以外，其他均与第一实施例相同。信号处理模块、通信模块以及驱动模块的数量相同均为多个，且各所述信号处理模块的信号输出端连接一或门的相应输入端，该或门的输出端与多个所述驱动模块电性连接，以实现将多个信号统一后对多个大功率半导体器件进行驱动。通过采用多个驱动模块，大功率半导体器件驱动控制装置100可同时完成多个并联大功率半导体器件的控制。

在本实施例中，驱动模块数量可依据实际情况和可靠需求进行配备。

通过对如第一实施例或第二实施例提供的大功率半导体驱动控制装置中的各模块进行多重冗余配置以提高驱动大功率半导体器件控制的可靠性。

具体的，对大功率半导体驱动控制装置中的各模块进行多重配置包括：对供电模块进行多重冗余配置；和/或对信号处理模块以及通信模块进行多重冗余配置；和/或驱动模块进行多重冗余配置。通过采用多个供电模块对大功率半导体器件驱动控制装置100进行供电，保证了系统运行的稳定性，在一个供电模块损坏的情况下可以继续工作，大大提升驱动控制的可靠性；通过对信号处理模块以及通信模块进行多重配置，在其中一套信号传输和/或控制回路损坏的情况下，保证了大功率半导体驱动控制装置的正常运行，提高了稳定性。并且配置多个驱动模块可以实现对多个并联元件进行控制。

其中，供电模块包括取能线圈120、整流电路110以及稳压电路；取能线圈120适于通过电磁感应将供电线路的电流通过整流电路110以及稳压电路为驱动控制装置供电。采用取能线圈120取电，便于进行高压隔离，提高了抗电磁干扰能力。

第三实施例

如图4所示，本实施例还提供了一种串联取电结构，其包括若干如第一实施例或第二实施例所述的大功率半导体器件驱动控制装置100，且将各大功率半导体器件驱动控制装置100中的多个供电模块120同时从供电线路中取电。

所述供电线路可以是两个电流源分别给大功率半导体器件驱动控制装置100中的冗余的供电模块120提供电流，而大功率半导体器件驱动控制装置100中的每个供电模块120都能独立产生稳定的供电电源完成对大功率半导体器件驱动控制装置100整体或部分的供电，确保不因为1个外部电流源或1个内部的供电模块120损坏而导致大功率半导体器件驱动控制装置100不能正常工作。多个大功率半导体器件驱动控制装置100的供电模块120可共用同一根具有很高绝缘性能的电流源电缆供能，允许多个大功率半导体器件驱动控制装置100的电位不相等。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种大功率半导体器件驱动控制装置，其内部的每个模块（例如信号处理模块、通信模块、驱动模块以及供电模块）都可以依据对可靠性和适用性的需求来冗余配备，经济性与可靠性合理分配；通过取能线圈取电，便于高压隔离，增强驱动装置抗电磁干扰性能，且多个驱动装置可以不等电位，安装位置灵活；通过对驱动装置内的各模块进行多重化配置，例如本实施例中为双电源模块、双通信模块、双数据处理模块多角度的双重冗余，大大提升驱动控制的可靠性；双驱动回路既可用于提高驱动电路的可靠性，又可用于完成对两个并联大功率半导体元件的控制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。所述的驱动装置及所包含电源模块、通信模块、数据处理模块和驱动模块，既可以是一个物理的整体也可以是多个物理模块相互连接而成。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大功率半导体器件驱动控制装置，其特征在于，包括：

通信模块、信号处理模块、驱动模块以及多个冗余供电模块；

所述通信模块、所述信号处理模块及所述驱动模块依次电性连接；

多个冗余供电模块适于为所述大功率半导体器件驱动控制装置供电；

所述信号处理模块适于将所述通信模块接收的通讯信号转换为控制命令，以对所述驱动模块进行控制，实现对大功率半导体器件进行驱动。

2.如权利要求1所述的大功率半导体器件驱动控制装置，其特征在于，

所述供电模块包括取能线圈、整流电路以及稳压电路；

所述取能线圈适于通过电磁感应从供电线路获得电流，并经过所述整流电路、稳压电路为所述大功率半导体器件驱动控制装置供电。

3.如权利要求2所述的大功率半导体器件驱动控制装置，其特征在于，

所述取能线圈包括环形铁芯或磁环以及绕组；

所述绕组环绕设置于环形铁芯或磁环上形成副边并与所述整流电路电性连接；

供电线路穿过所述环形铁芯或磁环作为原边并通过电磁感应将原边的电流感应到副边。

4.如权利要求1所述的大功率半导体器件驱动控制装置，其特征在于，

所述信号处理模块的数量与所述通信模块的数量相同均为多个，且每个所述通信模块分别对应一个所述信号处理模块；

各所述信号处理模块的信号输出端连接一或门的相应输入端，该或门的输出端与所述驱动模块电性连接，以实现将多个信号统一后对至少一个大功率半导体器件进行驱动。

5.如权利要求1所述的大功率半导体器件驱动控制装置，其特征在于，

所述信号处理模块还适于采集所述大功率半导体器件以及所述大功率半导体器件驱动控制装置的状态信息，形成监测数据帧并通过所述通信模块发送给上位机。

6.如权利要求1所述的大功率半导体器件驱动控制装置，其特征在于，

所述通信模块为电气接口或光纤接口。

7.如权利要求1所述的大功率半导体器件驱动控制装置，其特征在于，

所述信号处理模块、所述通信模块以及所述驱动模块的数量相同均为多个，且每个所述通信模块分别对应一个所述信号处理模块；

各所述信号处理模块的信号输出端连接一或门的相应输入端，该或门的输出端与多个所述驱动模块电性连接，以实现将多个信号统一后对多个大功率半导体器件进行驱动。

8.一种串联取电结构，其特征在于，包括：

若干个如权利要求1所述的大功率半导体器件驱动控制装置，且将各大功率半导体器件驱动控制装置中的多个供电模块同时从至少一根供电线路中串联进行取电。