大功率IGBT柵極驅動器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種大功率IGBT柵極驅動器，包括：驅動模塊、保護模塊及電氣隔離模塊，三者分別與IGBT及外界上位機電性連接，所述的電氣隔離模塊包含：隔離電路、驅動電路及柵壓保護電路，三者依次電性連接，隔離電路電性連接外界上位機并接收輸出的脈沖信號，柵壓保護電路電性連接IGBT；所述的驅動模塊包含：驅動板電源電路、欠壓保護電路，二者電性連接；所述的保護模塊包含：控制回饋電路、短路保護電路、驅動保護電路、過壓保護電路，控制回饋電路電性連接外界上位機，并分別與短路保護電路、驅動保護電路及過壓保護電路電性連接。本實用新型專利技術保證IGBT在額定功率情況下的最優控制，并提供驅動、欠壓、短路和過壓全方位保護。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及電力電子系統
，尤其指代一種可針對3300V/1500A的高電壓大功率IGBT提供驅動的柵極驅動器。
技術介紹
由于IGBT具有開關頻率高、導通功耗小及門極控制方便等特點，在大功率變換系統中得到廣泛的應用。目前IGBT應用領域的驅動方案很多，許多公司都設計制造了專用的驅動芯片，這些驅動芯片各有特點，但往往針對本公司的產品，以維護其知識產權，造成驅動芯片通用性差，在驅動保護設計上有許多不完善的地方；而且許多芯片直接驅動功率小，對于大驅動功率的產品往往價格昂貴，甚至超過對應IGBT。在實際應用中遇到許多難題，如許多芯片都是基于IGBT單管設計，并沒有考慮在實際應用中的IGBT之間的觸發信號及多路驅動電源的隔離、同一橋臂的死區控制、外部保護接口電磁干擾消除等問題。
技術實現思路
針對于上述現有技術的不足，本技術的目的在于提供一種大功率IGBT柵極驅動器，以保證IGBT在額定功率情況下的最優控制，并提供驅動、欠壓、短路和過壓全方位保護。為達到上述目的，本技術的一種大功率IGBT柵極驅動器，包括：驅動模塊、保護模塊及電氣隔離模塊，三者分別與IGBT及外界上位機電性連接，所述的電氣隔離模塊包含：隔離電路、驅動電路及柵壓保護電路，三者依次電性連接，隔離電路電性連接外界上位機并接收輸出的脈沖信號，柵壓保護電路電性連接IGBT；所述的驅動模塊包含：驅動板電源電路、欠壓保護電路，二者電性連接，驅動板電源電路電性連接外界上位機；所述的保護模塊包含：控制回饋電路、短路保護電路、驅動保護電路、過壓保護電路，控制回饋電路電性連接外界上位機，并分別與短路保護電路、驅動保護電路及過壓保護電路電性連接；短路保護電路及過壓保護電路還分別電性連接IGBT；驅動保護電路電性連接上述隔離電路。優選地，所述的驅動板電源電路接收上位機輸出的±24V方波電源，并調壓輸出+15V和-12V電壓。優選地，所述的欠壓保護電路控制輸出的電壓為：13.5V～16.5V、-10.5V～-13.5V。本技術的有益效果：1）本技術針對3300V/1500A的高電壓大功率IGBT設計外圍驅動及保護電路，保證IGBT在額定功率能正常開通和關斷，并提供短路和過流保護。2）設計了完善的驅動脈沖信號預處理功能，保證IGBT柵極的脈沖信號的可靠性。3）脈沖變壓器采用脈沖邊緣耦合傳遞方式，這種方式的優點是脈沖變壓器只傳遞脈沖寬度固定的窄脈沖信號，可以適應占空比寬范圍變化的驅動脈沖信號。4）驅動器設計高度集成化，減小驅動器的體積，減小驅動器與IGBT模塊之間的連接線長度，減小引線電感。附圖說明圖1繪示本技術的結構原理框圖。具體實施方式為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本技術作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本技術的限定。參照圖1所示，本技術的一種大功率IGBT柵極驅動器，包括：驅動模塊、保護模塊及電氣隔離模塊，三者分別與IGBT及外界上位機電性連接，所述的電氣隔離模塊包含：隔離電路、驅動電路及柵壓保護電路，三者依次電性連接，隔離電路電性連接外界上位機并接收輸出的脈沖信號，柵壓保護電路電性連接IGBT；所述的驅動模塊包含：驅動板電源電路、欠壓保護電路，二者電性連接，驅動板電源電路電性連接外界上位機；所述的保護模塊包含：控制回饋電路、短路保護電路、驅動保護電路、過壓保護電路，控制回饋電路電性連接外界上位機，并分別與短路保護電路、驅動保護電路及過壓保護電路電性連接；短路保護電路及過壓保護電路還分別電性連接IGBT；驅動保護電路電性連接上述隔離電路。其中，電氣隔離模塊中的隔離電路，接收上位機輸出的雙路脈沖信號（PWM），通過驅動電路對信號進行放大，經柵壓保護電路將電壓限制在20V以內，保證控制電路不會受功率電路的干擾和影響。驅動模塊中的驅動板電源電路收上位機輸出的±24V方波電源，并調壓輸出+15V和-12V電壓，經欠壓保護電路將電壓控制在13.5V～16.5V、-10.5V～-13.5V，然后輸出給電氣隔離模塊及保護模塊。保護模塊中的短路保護電路保護通過檢測IGBT直流母線正極電壓來確定IGBT是否被短路，當外界母線電壓超過設定值1950V時，過壓保護電路斷開電路進行保護；驅動保護電路檢測隔離電路輸出的PWM波形，判斷是否與原PWM波形保持一致，若不一致則進行保護；控制回饋電路輸出反饋信號給上位機，該反饋信號包含：1.剛上電時外界母線上電超過160V時反饋一個15V高點品信號；2.PWM波形輸入控制IGBT打開，則輸出一個低電平信號，反之則輸出高電平信號；3.上述短路保護電路、驅動保護電路、過壓保護電路、欠壓保護電路中任何一個電路出現故障，則輸出7.5V信號。本技術的驅動器為IGBT開關提供足夠大的驅動電流，保證IGBT能在其控制下可靠地開通和關斷；當IGBT發生短路或者過流時，驅動器能在最短的時間關斷IGBT，保護功率器件；保證控制電路不會受功率電路的干擾和影響；確保當輸入兩路脈沖信號同時為高時，兩路輸出同時為低電平，防止出現直通現象。本技術具體應用途徑很多，以上所述僅是本技術的優選實施方式，應當指出，對于本
的普通技術人員來說，在不脫離本技術原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本技術的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大功率IGBT柵極驅動器，其特征在于，包括：驅動模塊、保護模塊及電氣隔離模塊，三者分別與IGBT及外界上位機電性連接，所述的電氣隔離模塊包含：隔離電路、驅動電路及柵壓保護電路，三者依次電性連接，隔離電路電性連接外界上位機并接收輸出的脈沖信號，柵壓保護電路電性連接IGBT；所述的驅動模塊包含：驅動板電源電路、欠壓保護電路，二者電性連接，驅動板電源電路電性連接外界上位機；所述的保護模塊包含：控制回饋電路、短路保護電路、驅動保護電路、過壓保護電路，控制回饋電路電性連接外界上位機，并分別與短路保護電路、驅動保護電路及過壓保護電路電性連接；短路保護電路及過壓保護電路還分別電性連接IGBT；驅動保護電路電性連接上述隔離電路。

【技術特征摘要】
1.一種大功率IGBT柵極驅動器，其特征在于，包括：驅動模塊、保護模塊及電氣隔離模塊，三者分別與IGBT及外界上位機電性連接，所述的電氣隔離模塊包含：隔離電路、驅動電路及柵壓保護電路，三者依次電性連接，隔離電路電性連接外界上位機并接收輸出的脈沖信號，柵壓保護電路電性連接IGBT；所述的驅動模塊包含：驅動板電源電路、欠壓保護電路，二者電性連接，驅動板電源電路電性連接外界上位機；所述的保護模塊包含：控制回饋電路、短路保護電路、驅動保護電路、過壓保護電路，控制回饋電路電性連接外界上位...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬劍，陳鵬，佟妍，王超，田立嶺，
申請(專利權)人：南京軌道交通系統工程有限公司，江蘇省城市軌道交通研究設計院股份有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32