CN215528856U - 一种门极可关断晶闸管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子开关电路领域，涉及一种门极可关断晶闸管驱动电路，包括电路板，控制器、双通道门极驱动电路、快速开关管电路、GTO，以及低压直流电源；在低压直流电源与双通道门极驱动电路之间设有第一隔离电源和第二隔离电源；在低压直流电源与快速开关管电路之间设有第三隔离电源；在快速开关管电路与双通道门极驱动电路之间设有参数匹配模块；在电路板上设有供参数匹配模块连接的插拔接口，参数匹配模块通过接线端子于电路板上可插拔连接；参数匹配模块至少包括第一插拔模块和第二插拔模块；通过可插拔模块，能针对不同的GTO及应用在不同负载上的要求进行开通和关断时进行设置，大大增加了兼容性和可移植性，可匹配各种参数的GTO。

Description

一种门极可关断晶闸管驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子开关电路领域，具体涉及一种门极可关断晶闸管驱动电路。

背景技术

门极可关断晶闸管(GTO)是一种具有自关断能力和晶闸管特性的晶闸管,它可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，是一种全控型器件。可关断晶闸管作为一种新型的大容量电力电子开关器件，其具有导通压降低、浪涌电流大等优点，在固态断路器、换流器、电力电子变压器等领域中均有重要应用。

不同的GTO及应用在不同负载上对驱动波形、电压和电流要求都不一样。而现有的门极可关断晶闸管驱动电路设置好后就无法更改，只能适用于一种场景，无法针对不同的GTO要求进行开通和关断时的前沿陡度、幅度、宽度进行设置，其兼容性和可移植性较差。

因此，需要一种兼容性和可移植性较佳的门极可关断晶闸管驱动电路。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有门极可关断晶闸管驱动电路的兼容性和可移植性较差的缺陷，提供一种兼容性和可移植性较佳的门极可关断晶闸管驱动电路。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案得以实现：一种门极可关断晶闸管驱动电路，包括电路板，设于电路板上的控制器、双通道门极驱动电路、快速开关管电路、GTO，以及用于给各个电路供电的低压直流电源；所述GTO与所述快速开关管电路的输出端相连，所述快速开关管电路的输入端与所述双通道门极驱动电路的输出端相连，所述双通道门极驱动电路的输入端与所述控制器的信号输出端相连；在所述低压直流电源与所述双通道门极驱动电路之间设有第一隔离电源和第二隔离电源，第一隔离电源和第二隔离电源用于切断电源对双通道门极驱动电路的干扰并抑制电源噪声；在所述低压直流电源与所述快速开关管电路之间设有第三隔离电源，第三隔离电源用于切断电源对快速开关管电路的干扰并抑制电源噪声；在所述快速开关管电路与所述双通道门极驱动电路之间设有参数匹配模块；在所述电路板上设有供参数匹配模块连接的插拔接口，所述参数匹配模块通过接线端子于电路板上可插拔连接；所述参数匹配模块至少包括第一插拔模块和第二插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上。

本实用新型进一步优选方案为：所述参数匹配模块中的每一个插拔模块均包括两个元件单元，每一元件单元均包括输入端、输出端，并联于输入端与输出端之间的第一电阻和第二电阻，以及二极管；其中，二极管串联于第一电阻与输入端之间，二极管的正极耦接于输入端，二极管的负极耦接于第一电阻的一端；

所述参数匹配模块中的每一个插拔模块的两输入端分别耦接于双通道门极驱动电路的两个输出端，所述参数匹配模块中的每一个插拔模块的两输出端分别口接于所述快速开关管电路中的两个快速开关管的栅极。

本实用新型进一步优选方案为：在同一插拔模块的两个元件单元中，两个第一电阻的电阻值相同，两个第二电阻的电阻值也相同。

本实用新型进一步优选方案为：在所述第三隔离电源与所述快速开关管电路之间还设有用于输出正负电源的开关母线供电电路。

本实用新型进一步优选方案为：所述开关母线供电电路包括正负输出DCDC芯片及外围电路，正负输出DCDC芯片分别输出的正电源和负电源。

本实用新型进一步优选方案为：所述快速开关管电路包括快速开关管Q3和快速开关管Q4；其中快速开关管Q3的漏极耦接于正电源，快速开关管的源极与快速开关管Q4的漏极相连，快速开关管Q4的源极耦接于负电源；

快速开关管的源极与快速开关管Q4的连接点对GTO输出正向驱动电压或负向关闭电压。

本实用新型进一步优选方案为：所述正负输出DCDC芯片采用型号为TPS65131的芯片，正负输出DCDC芯片上分别连有正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块；在所述电路板上设有供正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块连接的插拔接口，所述正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块通过接线端子于电路板上可插拔连接；

所述正电源参数匹配模块至少包括第三插拔模块和第四插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上；

所述负电源参数匹配模块至少包括第五插拔模块和第六插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上。

本实用新型进一步优选方案为：所述第三插拔模块和第五插拔模块相配合使用；所述第四插拔模块和第六插拔模块相配合使用。

本实用新型进一步优选方案为：所述正电源参数匹配模块中的每一插拔模块均包括电阻R2i、电阻R3i和电容C2i；其中电阻R2i的一端、电阻R3i的一端以及电容C2i的一端均耦接于TPS65131芯片的第22引脚，电容C2i的另一端耦接于电阻R2i的另一端，电容C2i与电阻R2i的连接点耦接于TPS65131芯片的第23引脚，同时在该连接点生成正电源；电阻R3i的另一端接地；

所述负电源参数匹配模块中的每一插拔模块均包括电阻R7i、电阻R4i和电容C16i；其中电阻R7i的一端、电阻R4i的一端以及电容C16i的一端均耦接于TPS65131芯片的第22引脚，电容C16i的另一端耦接于电阻R7i的另一端，电容C16i与电阻R7i的连接点耦接于TPS65131芯片的第16引脚，同时在该连接点生成负电源；电阻R4i的另一端接地。

本实用新型进一步优选方案为：所述控制器采用型号为STM32F103V的微控制器，其第23引脚和第25引脚与所述双通道门极驱动电路耦接；

所述双通道门极驱动电路采用型号为UCC21225ANPL的芯片，其第12引脚和第9引脚分别输出用于驱动快速开关管的驱动信号。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：通过可插拔模块针对不同的GTO及应用在不同负载上对驱动波形、电压和电流要求进行开通和关断时的前沿陡度、幅度、宽度进行设置，大大增加了兼容性和可移植性，可匹配各种参数的GTO。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图2是所述低压直流电源的电路原理图。

图3是所述第一隔离电源、第二隔离电源和第三隔离电源的电路原理图。

图4是所述控制器的电路原理图。

图5是所述双通道门极驱动电路的电路原理图。

图6是所述开关母线供电电路的电路原理图。

图7是所述快速开关管电路的电路原理图。

其中：

100、元件单元；200、正电源参数匹配模块；300、负电源参数匹配模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1-7所示，本实用新型提供了一种门极可关断晶闸管驱动电路，包括电路板，设于电路板上的控制器、双通道门极驱动电路、快速开关管电路、GTO，以及用于给各个电路供电的低压直流电源。所述GTO与所述快速开关管电路的输出端相连，所述快速开关管电路的输入端与所述双通道门极驱动电路的输出端相连，所述双通道门极驱动电路的输入端与所述控制器的信号输出端相连。在所述低压直流电源与所述双通道门极驱动电路之间设有第一隔离电源和第二隔离电源，第一隔离电源和第二隔离电源用于切断电源对双通道门极驱动电路的干扰并抑制电源噪声。

在所述低压直流电源与所述快速开关管电路之间设有第三隔离电源，第三隔离电源用于切断电源对快速开关管电路的干扰并抑制电源噪声。

在所述快速开关管电路与所述双通道门极驱动电路之间设有参数匹配模块。在所述电路板上设有供参数匹配模块连接的插拔接口，所述参数匹配模块通过接线端子于电路板上可插拔连接。

在本实施例中，低压直流电源采用了降压芯片U3，将12V的电压分别降到5V电源和3.3V电源。第一隔离电源为U5，第二隔离电源为U6，第三隔离电源为U6。其中，VDDA1 和VDDB1分别为隔离电源1和隔离电源2输出。

在所述第三隔离电源与所述快速开关管电路之间还设有用于输出正负电源的开关母线供电电路。所述开关母线供电电路包括正负输出DCDC芯片及外围电路，正负输出DCDC芯片分别输出的正电源和负电源。

快速开关管电路包括快速开关管Q3和快速开关管Q4。其中快速开关管Q3的漏极耦接于正电源，快速开关管的源极与快速开关管Q4的漏极相连，快速开关管Q4的源极耦接于负电源。快速开关管的源极与快速开关管Q4的连接点对GTO输出正向驱动电压或负向关闭电压。

快速开关管电路工作过程如下：VR+和VR-为开关供电母线电路提供的正负电源，OUTA1和OUTB1为双通道门极驱动电路的输出信号，当要求GTO开通时，OUTA1输出高电平信号，驱动上管导通，为GTO栅极注入电流，当要求GTO关断时，OUTB1输出高电平信号，驱动下官导通，抽取栅极电流。

更具体地，正负输出DCDC芯片采用型号为TPS65131的芯片，即芯片U1，第22脚是正向输出电压的反馈脚，第16脚是负向电压的反馈脚，两脚的固定参考电压为1.213V。正负输出DCDC芯片上分别连有正电源参数匹配模块200和负电源参数匹配模块300。在所述电路板上设有供正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块连接的插拔接口，所述正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块通过接线端子于电路板上可插拔连接。

所述正电源参数匹配模块200至少包括第三插拔模块和第四插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上。所述负电源参数匹配模块300至少包括第五插拔模块和第六插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上。

所述第三插拔模块和第五插拔模块相配合使用，所述第四插拔模块和第六插拔模块相配合使用。第三插拔模块与第第四插拔模块的区别仅在于元器件的参数不同，第五插拔模块和第六插拔模块的区别亦是如此。在本实施例中，仅仅以第三插拔模块和第五插拔模块为例说明。

正电源参数匹配模块中的每一插拔模块均包括电阻R2i、电阻R3i和电容C2i。其中电阻R2i的一端、电阻R3i的一端以及电容C2i的一端均耦接于TPS65131芯片的第22引脚，电容C2i的另一端耦接于电阻R2i的另一端，电容C2i与电阻R2i的连接点耦接于 TPS65131芯片的第23引脚，同时在该连接点生成正电源，而电阻R3i的另一端接地。

所述负电源参数匹配模块中的每一插拔模块均包括电阻R7i、电阻R4i和电容C16i。其中电阻R7i的一端、电阻R4i的一端以及电容C16i的一端均耦接于TPS65131芯片的第22引脚，电容C16i的另一端耦接于电阻R7i的另一端，电容C16i与电阻R7i的连接点耦接于TPS65131芯片的第16引脚，同时在该连接点生成负电源，而电阻R4i的另一端接地。

需要说明的是：通过配置电阻R2i,R3i的值，可以设置VTR+的电压，以适应不同器件对驱动正向电压的要求，VTR+电压计算公式为(R2+R3)/R3*1.213V。同理，通过配置中的电阻R4i和R7i值，可以设置VTR-的电压，以适应不同器件对驱动负向电压的要求。VTR- 电压计算公式为-R7/R4*1.213V。此处的i仅仅是为了区分不同模块上的元器件，图中的电路符号忽略i。

本实施例中，所述控制器采用型号为STM32F103V的微控制器，即芯片U7，其第23引脚和第25引脚与所述双通道门极驱动电路耦接，其外围电路参见其使用手册，此处不再详述。INA1和INB1为控制信号，INA1和INB1的脉冲宽度、频率决定了OUTA1和OUTB1的脉冲宽度和频率，可根据不同GTO器件的需要对脉冲宽度和、频率进行调整。

所述双通道门极驱动电路采用型号为UCC21225ANPL的芯片，即芯片U8，其第12引脚和第9引脚分别输出用于驱动快速开关管的驱动信号，驱动信号经参数匹配模块后传给快速开关管。具体地，第12脚为A通道输出，第9脚为B通道输出，两个通道相互隔离。两通道均输出脉冲波。第13脚VDDA1和第11脚GNDA1为A通道的供电电压，因此，A通道的输出电压幅值可根据供电电压值进行调整，最大值为20V。同样，第10脚VDDB1和第8脚 VTR-为B通道的供电电压，因此，A通道的输出电压幅值可根据供电电压值进行调整，最大值为20V。

本实施例中，所述参数匹配模块至少包括第一插拔模块和第二插拔模块，用以根据 GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上。具体地，所述参数匹配模块中的每一个插拔模块均包括两个元件单元100，每一元件单元100均包括输入端、输出端，并联于输入端与输出端之间的第一电阻和第二电阻，以及二极管；其中，二极管串联于第一电阻与输入端之间，二极管的正极耦接于输入端，二极管的负极耦接于第一电阻的一端。

所述参数匹配模块中的每一个插拔模块的两输入端分别耦接于双通道门极驱动电路的两个输出端，所述参数匹配模块中的每一个插拔模块的两输出端分别口接于所述快速开关管电路中的两个快速开关管的栅极。更具体地，在同一插拔模块的两个元件单元中，两个第一电阻的电阻值相同，两个第二电阻的电阻值也相同。

Claims (10)

1.一种门极可关断晶闸管驱动电路，包括电路板，设于电路板上的控制器、双通道门极驱动电路、快速开关管电路、GTO，以及用于给各个电路供电的低压直流电源；所述GTO与所述快速开关管电路的输出端相连，所述快速开关管电路的输入端与所述双通道门极驱动电路的输出端相连，所述双通道门极驱动电路的输入端与所述控制器的信号输出端相连；其特征在于，

在所述低压直流电源与所述双通道门极驱动电路之间设有第一隔离电源和第二隔离电源，第一隔离电源和第二隔离电源用于切断电源对双通道门极驱动电路的干扰并抑制电源噪声；

在所述低压直流电源与所述快速开关管电路之间设有第三隔离电源，第三隔离电源用于切断电源对快速开关管电路的干扰并抑制电源噪声；

在所述快速开关管电路与所述双通道门极驱动电路之间设有参数匹配模块；在所述电路板上设有供参数匹配模块连接的插拔接口，所述参数匹配模块通过接线端子于电路板上可插拔连接；

所述参数匹配模块至少包括第一插拔模块和第二插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上。

2.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，所述参数匹配模块中的每一个插拔模块均包括两个元件单元，每一元件单元均包括输入端、输出端，并联于输入端与输出端之间的第一电阻和第二电阻，以及二极管；其中，二极管串联于第一电阻与输入端之间，二极管的正极耦接于输入端，二极管的负极耦接于第一电阻的一端；

所述参数匹配模块中的每一个插拔模块的两输入端分别耦接于双通道门极驱动电路的两个输出端，所述参数匹配模块中的每一个插拔模块的两输出端分别口接于所述快速开关管电路中的两个快速开关管的栅极。

3.根据权利要求2所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，在同一插拔模块的两个元件单元中，两个第一电阻的电阻值相同，两个第二电阻的电阻值也相同。

4.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，在所述第三隔离电源与所述快速开关管电路之间还设有用于输出正负电源的开关母线供电电路。

5.根据权利要求4所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，所述开关母线供电电路包括正负输出DCDC芯片及外围电路，正负输出DCDC芯片分别输出的正电源和负电源。

6.根据权利要求5所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，所述快速开关管电路包括快速开关管Q3和快速开关管Q4；其中快速开关管Q3的漏极耦接于正电源，快速开关管的源极与快速开关管Q4的漏极相连，快速开关管Q4的源极耦接于负电源；

快速开关管的源极与快速开关管Q4的连接点对GTO输出正向驱动电压或负向关闭电压。

7.根据权利要求5所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，所述正负输出DCDC芯片采用型号为TPS65131的芯片，正负输出DCDC芯片上分别连有正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块；在所述电路板上设有供正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块连接的插拔接口，所述正电源参数匹配模块和负电源参数匹配模块通过接线端子于电路板上可插拔连接；

所述正电源参数匹配模块至少包括第三插拔模块和第四插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上；

所述负电源参数匹配模块至少包括第五插拔模块和第六插拔模块，用以根据GTO的要求可选择性的将其中一个插拔模块插入电路板上。

8.根据权利要求7所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，所述第三插拔模块和第五插拔模块相配合使用；所述第四插拔模块和第六插拔模块相配合使用。

9.根据权利要求7所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，所述正电源参数匹配模块中的每一插拔模块均包括电阻R2i、电阻R3i和电容C2i；其中电阻R2i的一端、电阻R3i的一端以及电容C2i的一端均耦接于TPS65131芯片的第22引脚，电容C2i的另一端耦接于电阻R2i的另一端，电容C2i与电阻R2i的连接点耦接于TPS65131芯片的第23引脚，同时在该连接点生成正电源；电阻R3i的另一端接地；

所述负电源参数匹配模块中的每一插拔模块均包括电阻R7i、电阻R4i和电容C16i；其中电阻R7i的一端、电阻R4i的一端以及电容C16i的一端均耦接于TPS65131芯片的第22引脚，电容C16i的另一端耦接于电阻R7i的另一端，电容C16i与电阻R7i的连接点耦接于TPS65131芯片的第16引脚，同时在该连接点生成负电源；电阻R4i的另一端接地。

10.根据权利要求1所述的门极可关断晶闸管驱动电路，其特征在于，所述控制器采用型号为STM32F103V的微控制器，其第23引脚和第25引脚与所述双通道门极驱动电路耦接；

所述双通道门极驱动电路采用型号为UCC21225ANPL的芯片，其第12引脚和第9引脚分别输出用于驱动快速开关管的驱动信号。

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