專利名稱：高壓大電流igbt驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種3300V-6500V高壓大電流絕緣對(duì)冊(cè)級(jí)雙才及性晶
體管(IGBT)的驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管(IGBT)在大容量幾十兆瓦變 頻調(diào)速系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，如煤礦提升機(jī)，皮帶機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)，電 壓等級(jí)為1140V,功率等級(jí)達(dá)幾兆瓦，軋鋼領(lǐng)域中的低速可逆軋機(jī)和 熱軋才幾，電壓等級(jí)為3KV， 6KV， 10KV, 功率等級(jí)達(dá)幾十兆瓦。高壓 大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管IGBT的驅(qū)動(dòng)電路的功能就是通過(guò)光纖 隔離傳輸將來(lái)自DSP控制器的P麗信號(hào)轉(zhuǎn)換成有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)， 可靠開通關(guān)斷IGBT,通過(guò)IGBT的功率放大，把功率傳輸給電機(jī)。
與低壓1700V以下的絕緣雙極性晶體管IGBT比較，高壓大電流絕 緣柵級(jí)雙極性晶體管IGBT開通關(guān)斷損耗更大，開通關(guān)斷dv/dt較大， 高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)器要求有更高的絕緣耐 壓、更高的共才莫抑制比、更大的IGBT驅(qū)動(dòng)功率。
目前，高壓大電流絕縛^冊(cè)級(jí)雙^l性晶體管IGBT的驅(qū)動(dòng)采用光纖隔 離，驅(qū)動(dòng)電壓采用高絕緣電壓，高共:t莫電壓抑制比DC-DC隔離電源； 驅(qū)動(dòng)器短路時(shí)間不容易做到IO微秒以下，現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)電器由于雜散電 感的存在，不能有效抑制Vce電壓的上升，這兩種情況都不能有效保 護(hù)高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管IGBT,造成高壓大電流絕緣柵級(jí) 雙極性晶體管IGBT的損壞。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服上述問(wèn)題，向社會(huì)提供一種具有短路保
護(hù)，短路時(shí)間可做到10微秒以下不發(fā)生誤動(dòng)作，關(guān)斷過(guò)電壓動(dòng)態(tài)抑制， 性能可靠的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器，包 括順序連接的光纖PWM輸入電路、基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路、電平轉(zhuǎn)換 電路、功率放大電路及IGBT的末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng) 器還包括Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路和信號(hào)疊加電路，所述Vce過(guò)電壓 信號(hào)處理電糾夸IGBT的集電極電壓處理后，通過(guò)信號(hào)疊加電路反饋到 功率放大電路，抑制關(guān)斷Vce的上升。
所述高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器還包括Vce飽和電壓信號(hào)處理電路和 開通延遲電路，所述Vce飽和電壓信號(hào)處理電路將IGBT的集電極電壓 處理后，通過(guò)開通延遲電路送到基本IGBT驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè) 的結(jié)果反饋到功率放大電路，調(diào)節(jié)IGBT的工作狀態(tài)。
所述IGBT的末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路包括電阻R5、 R6， 二極管D9,電容C2 和穩(wěn)壓二^l管Z9，所述電阻R5與二;f及管串聯(lián)后與電阻R6并聯(lián)，電阻 R5與電阻R6的公共端接功率放大電路輸出端；所述電阻R6與二極管 的公共端接穩(wěn)壓二極管Z9輸入端并與IGBT第9腳相接，所述穩(wěn)壓二 極管Z9輸出端接電容C2 —端，電容C2另一端接IGBT的第8腳。
所述Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路包括穩(wěn)壓管Zl、 Z2、 Z3、 Z4、 Z5、 Z6、 Z7,電阻R1、 R2，電容C1，電阻R1、 R2串聯(lián)，電阻R2另一端4姿功率 放大電路的輸出端，電Rl的另一端接穩(wěn)壓管Z6的輸入端，穩(wěn)壓管Zl、 Z2、 Z3、 Z4、 Z5、 Z6依次串聯(lián)，穩(wěn)壓管Zl輸出端接IGBT的10腳； 穩(wěn)壓管Z3與Z4的公共端接電容C1 一端，電容C1另一端接穩(wěn)壓管Z7 的輸入端，穩(wěn)壓管Z7的輸出端接信號(hào)疊加電路。
所述Vce飽和電壓信號(hào)處理電路包括由電阻R8、 R17、 R19、 R16、 三極管Q1、 穩(wěn)壓管Zll組成的恒流源，串接的二極管D8、 D7、 D5、 D3，比較器U2B及其外圍元件，比較器U3A及其外圍元件，在Vce飽 和時(shí)，恒流源流過(guò)串接的二極管D8， D7, D5， D3，至高壓大電流絕緣 柵級(jí)雙極性晶體管6IGBT的CE端，這個(gè)過(guò)程中，恒流源的三極管Ql 的集電極的電壓穩(wěn)壓，經(jīng)二極管D10的隔離，進(jìn)入比較器U2B達(dá)到比 較電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由電阻RIO, Ml, R20， R21， R23分壓降 壓，再送比較器U3A控制飽和Vce電壓檢測(cè)，將檢測(cè)值輸送至基本IGBT 驅(qū)動(dòng)輸出電路進(jìn)4t Vce電壓檢測(cè)。
所述開通延遲電路包括比較器U3B及其外圍電路，穩(wěn)壓管Z12，電 阻R24，電容C16，當(dāng)基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路輸出高時(shí)，IGBT開通， 調(diào)節(jié)電阻R24，電容C16的時(shí)間常數(shù)，可保證Vce電壓在開通延時(shí)后 檢測(cè)。
本實(shí)用新型具有短路保護(hù)，短路時(shí)間可做到IO微秒以下不發(fā)生誤 動(dòng)作，關(guān)斷過(guò)電壓動(dòng)態(tài)抑制，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)方框示意圖2是圖1中V ce飽和電壓信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)示意圖3是圖1中開通延遲電路結(jié)構(gòu)示意圖4是圖1中V ce過(guò)電壓信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)示意圖5是圖1中IGBT末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器， 包括光纖PWM輸入1 ， PWM輸出送至基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路2 (采 用的是集成電路MC33153 )，由帶Vce保護(hù)的基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路2輸出PWM馬區(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)4灸電路3變?yōu)檎?fù)15V電平，經(jīng) 過(guò)信號(hào)疊加電路4疊加后，送至功率放大電路5，去驅(qū)動(dòng)高壓大電流 絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6(IGBT)。高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管 6有兩路反饋信號(hào)， 一路是開通Vce飽和電壓，經(jīng)過(guò)Vce飽和電壓信 號(hào)處理電路7，送至開通延遲電路8處理后，再送至基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸 出電路2的Vce飽和電壓檢測(cè)端口； 一路是關(guān)斷Vce電壓信號(hào)，由關(guān) 斷引起的Vce電壓升高，經(jīng)過(guò)Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路9，反饋至高 壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6的門極和驅(qū)動(dòng)功率放大電路5的前 級(jí)，減小高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6的di/dt。
本實(shí)用新型中的光纖PWM輸入1采用光纖光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器 HFBR-2511,信號(hào)經(jīng)整形和送至基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路2,基本IGBT 驅(qū)動(dòng)輸出電路2輸出0-+15V PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)送至電平轉(zhuǎn)換電路3， 變?yōu)?15V +15V電壓信號(hào)。
Vce飽和電壓信號(hào)處理電路7，如圖2所示，通過(guò)高壓二極管，在 高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6開通時(shí)，Vce從Vdc下降至0V， 由于高壓大電流絕全彖柵級(jí)雙極性晶體管6的特點(diǎn)，有Vce電壓下降拖 尾問(wèn)題，在開通10微秒之后，Vce電壓還有幾十伏，在本實(shí)用新型中 設(shè)定當(dāng)電壓Vce大于52V時(shí)，判定Vce故障，這樣可以保證短路時(shí)間 可做到IO微秒以下不發(fā)生誤動(dòng)作。本實(shí)用新型采用低壓比較器串聯(lián)疊 加的方法檢測(cè)高達(dá)55V的Vce。具體的電路介紹如下
在Vce飽和時(shí)，由電阻R8， R17, R19， R16,三極管Q1， 穩(wěn)壓 管Zll組成的恒流源流過(guò)串接的二極管D8， D7， D5， D3，至高壓大 電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6IGBT的CE端，這個(gè)過(guò)程中，恒流源的 三極管Ql的集電極的電壓由關(guān)斷時(shí)穩(wěn)壓管Zll穩(wěn)壓在56V,過(guò)度到 飽和時(shí)的約3V+0.6X4V=5.4V，經(jīng)二極管D10的隔離，在比較器U2B的5腳由56V變化到45V,比較器U2B的6腳由穩(wěn)壓管Z10穩(wěn)定在 52.5V， U2B在Vce電壓52.5V時(shí)翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由電阻RIO, Rll, R20， R21， R23分壓降壓，送比較器U3A去控制飽和Vce電壓檢測(cè)，送基 本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路2進(jìn)行Vce電壓檢測(cè)。
開通延遲電路8，如圖3所示，由于高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性 晶體管6 (IGBT)開通時(shí)，有拖尾電壓存在，在高壓大電流絕緣柵級(jí) 雙4l性晶體管6開通時(shí)，延時(shí)檢測(cè)Vce電壓，當(dāng)基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出 電路2輸出高時(shí)，高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6 (IGBT)開通， 調(diào)節(jié)電阻R24，電容C16的時(shí)間常數(shù)，保證Vce電壓在開通延時(shí)后檢 測(cè)。
Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路9,如圖4所示，當(dāng)Vce電壓過(guò)高時(shí)， 穩(wěn)壓管Z1,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6被擊穿，電阻R1的電流流過(guò)高壓大電流絕 緣柵級(jí)雙極性晶體管6 (IGBT)的門極，直接影響Uge電壓的下降， 即dUge/dt減小，dice/dt減小，由于Vce-L漏* dice/dt減小。同樣， 通過(guò)穩(wěn)壓管Z7的電流為Cl*dVce/dt，通過(guò)信號(hào)疊加電路4由電阻R 3反饋到功率放大電路5前級(jí)，抑制關(guān)斷Vce的上升。
高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6(IGBT)的末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路10, 如圖5所示，本實(shí)用新型的目的是在不增加IGBT損耗，減慢開通速 度，不增加開通延時(shí)，不增加電壓拖尾時(shí)間作一個(gè)折中處理。電阻R5,R6: 二極管D9開通關(guān)斷電阻分開， 一般開通電阻R5,R6， ( R5并聯(lián)R6)較 小，關(guān)斷電阻R6 4吏大。高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6 (IGBT) 的Cge電容C2增加會(huì)影響tdon(高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管 6IGBT的開通延時(shí)時(shí)間)，dlc/dt (高壓大電流絕纟彖柵級(jí)雙^l性晶體管 6IGBT的C級(jí)電流)，dVcesat/dt(高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管 6IGBT的飽和時(shí)CE電壓)。tdon增大，dlc/dt減小，dVcesat/dt減小，
1旦影響較少，dVce/dt(IGBT CE電壓)不會(huì)受到影響。本實(shí)用新型的特 別之處是在原電路中增加了穩(wěn)壓管Z9和電容C2，所述電容C2的作用 使高壓大電流絕緣柵級(jí)雙極性晶體管6 (IGBT)開通速度放慢，開通 功耗增加較少，飽和電壓拖尾影響較少。穩(wěn)壓管Z9的作用是使電容 C2電壓限制在0 15V之間，由于電容C2增加，使tdon增大，Z9的 作用是使tdon減小。
本實(shí)用新型還包括光纖故障輸出電路11及DC-DC隔離電源12。本 實(shí)用新型中的光纖故障輸出電路ll、 DC-DC隔離電源12、電平轉(zhuǎn)換電 路3及功率放大電路5均是現(xiàn)有的電路，其具體電路原理結(jié)構(gòu)在這里 不——敘述了。
權(quán)利要求1、一種高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器，包括順序連接的光纖PWM輸入電路、基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路、電平轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路IGBT的末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器還包括Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路和信號(hào)疊加電路，所述Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路將IGBT的集電極電壓處理后，通過(guò)信號(hào)疊加電路反饋到功率放大電路，抑制關(guān)斷Vce的上升。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器，其特征 在于所述高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器還包括Vce飽和電壓 信號(hào)處理電路和開通延遲電路，所述Vce飽和電壓信號(hào)處 理電路將IGBT的集電極電壓處理后，通過(guò)開通延遲電路 送到基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)的結(jié)杲反 饋到功率放大電路，調(diào)節(jié)IGBT的工作狀態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器，其 特征在于所述IGBT的末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路包括電阻R5、 R6， 二極管D9,電容C2和穩(wěn)壓二極管Z9,所述電阻R5與二 極管串聯(lián)后與電阻R6并聯(lián)，電阻R5與電阻R6的公共端 接功率放大電路輸出端；所迷電阻R6與二極管的公共端 接穩(wěn)壓二極管Z9輸入端并與IGBT第9腳相接，所述穩(wěn)壓 二極管Z9輸出端接電容C2—端，電容C2另一端接IGBT 的第8腳。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器，其特征 在于所述Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路包括穩(wěn)壓管Zl、 Z2、 Z3、 Z4、 Z5、 Z6、 Z7,電阻R1、 R2，電容Cl,電阻Rl、 R2串聯(lián)，電阻R2另一端接功率放大電路的輸出端，電阻 Rl的另一端接穩(wěn)壓管Z6的輸入端，穩(wěn)壓管Zl、 Z2、 Z3、 Z4、 Z5、 Z6依次串聯(lián)，穩(wěn)壓管Zl輸出端接IGBT的IO腳；
專利摘要一種高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器，包括順序連接的光纖PWM輸入電路、基本IGBT驅(qū)動(dòng)輸出電路、電平轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路及IGBT的末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器還包括Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路和信號(hào)疊加電路，所述Vce過(guò)電壓信號(hào)處理電路將IGBT的集電極電壓處理后，通過(guò)信號(hào)疊加電路反饋到功率放大電路，抑制關(guān)斷Vce的上升。本實(shí)用新型具有短路保護(hù)，短路時(shí)間可做到10微秒以下不發(fā)生誤動(dòng)作，關(guān)斷過(guò)電壓動(dòng)態(tài)抑制，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03K17/08GK201072860SQ200720172060
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者劉小兵, 吳建安, 波 張 申請(qǐng)人:深圳市英威騰電氣股份有限公司