專利名稱：集成多功能的igbt驅(qū)動(dòng)電路模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)車車輛輔助供電變流裝置，特別涉及IGBT變流器，具體為集成多功 能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊。
背景技術(shù)：
IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是一種由雙極晶體管和MOSFET(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng) 管)組合的器件，它既具有MOSFET的柵極電壓控制快速開關(guān)特性，又具有雙極晶體管大電 流處理能力和低飽和壓降的特點(diǎn)，近年來在各種電力變換裝置中得到廣泛應(yīng)用，例如IGBT 變流器。在IGBT變流器的設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電路性能對(duì)整個(gè)變流器性能有著重要影響。IGBT驅(qū) 動(dòng)電路是驅(qū)動(dòng)IGBT模塊以能讓其正常工作，并同時(shí)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的電路。在驅(qū)動(dòng)電路的設(shè) 計(jì)中，要考慮到驅(qū)動(dòng)功率、過流保護(hù)、電壓隔離模式、驅(qū)動(dòng)與主電路間集成等各方面的因素。 但是在目前的大量實(shí)際應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)電路模塊只關(guān)注驅(qū)動(dòng)功率、過流保護(hù)、電壓隔離模式等 方面，在驅(qū)動(dòng)電路與主電路間集成技術(shù)方面缺乏研究與改進(jìn)?，F(xiàn)有的IGBT變流器中，存在著主電路和驅(qū)動(dòng)電路分屬不同模塊的結(jié)構(gòu)。即驅(qū)動(dòng)電 路模塊只與IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)端子連接，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)功能，而IGBT、主電路、直流支撐電 路、吸收電路、軟開關(guān)電路、電流檢測(cè)電路之間采用電纜連接。使用大量的電纜連接，將使整 個(gè)電路成本高、結(jié)構(gòu)臃腫，占用較大的空間，產(chǎn)品質(zhì)量下降，導(dǎo)致整個(gè)電路布局比較復(fù)雜，電 纜連接多、成本高、質(zhì)量不可靠的問題。同時(shí)，IGBT、主電路、吸收電路、軟開關(guān)等部件之間采用電纜連接時(shí)，電路的雜散電 感較大，在主電路開關(guān)過程中，將在IGBT器件上產(chǎn)生較高的電壓尖峰，對(duì)功率器件有一定 對(duì)沖擊，影響功率器件的壽命，從而降低了功率變換電路的可靠性。還存在電路雜散電感 大、功率器件容易損壞、電路可靠性差效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有IGBT變流器中存在的主電路布局復(fù)雜、成本高、雜散電感 大、可靠性低等問題，提供一種集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊。本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊，包括由功 率放大開關(guān)電路和隔離驅(qū)動(dòng)變壓器組成的驅(qū)動(dòng)電路、IGBT、主電路、直流支撐電路、連接四 個(gè)IGBT (A D)的軟開關(guān)電路、吸收電路和電流檢測(cè)電路，上述各電路及部件全部集成在同 一印刷電路板模塊上。集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊主要由兩部分電路組成第一部分實(shí)現(xiàn)IGBT的 驅(qū)動(dòng)和保護(hù)，包括驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)電路包括功率放大開關(guān)電路和隔離驅(qū)動(dòng)變壓器，連接于變 流器控制電路中，接受變流器控制電路發(fā)送過來的脈沖信號(hào)。第二部分集成了主電路的一 些部件和電路，以實(shí)現(xiàn)減小電路雜感、簡(jiǎn)化電路布局，提高主電路的可靠性的功能，包括連 接IGBT的集成電路；集成電路包括直流支撐電路、軟開關(guān)電路、IGBT吸收電路以及電流檢測(cè)電路。
直流支撐電路，由第八電容C25和第九電容C26組成，兩電容C25、C26并聯(lián)在直 流支路的正負(fù)兩端，在開關(guān)電路通斷的工作過程中，起維持直流回路電壓穩(wěn)定的作用。軟開 關(guān)電路，由六個(gè)電容(17、(18、(19、020、023、024組成，第一電容至第四電容(17 C20直 接并聯(lián)在對(duì)應(yīng)的IGBT (A D)的C、E端子之間(C、E端子為IGBT上連接集成電路的對(duì)應(yīng) 端子)，第六電容C23、第七電容C24并聯(lián)后組成直流隔離電路串聯(lián)在主電路的輸出，起到隔 離輸出電壓的直流成分的作用。IGBT吸收電路，由第一電阻R40、第四電阻R43和第五電容 C22串聯(lián)組成，然后整體并聯(lián)在直流回路的正負(fù)之間，功能是吸收開關(guān)電路通斷過程中在直 流回路產(chǎn)生的電壓尖峰和電壓諧波。電流檢測(cè)電路，由電流互感器TA及第二電阻R41、第三 電阻R42組成，電流互感器TA與第二電阻R41、第三電阻R42并聯(lián)后，串接在開關(guān)變換輸出 電路中，可以檢測(cè)出輸出電路的電流大小。上述部件之間的連接全部由IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊的印刷電路板上的PCB銅箔線路 完成，包括輸入直流端子(DC+、DC_)到主電路IGBT間的連接，以及IGBT輸出到高頻變壓器 的連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)將IGBT驅(qū)動(dòng)電路、IGBT、主電路、直流支撐電路、軟開關(guān)電路、吸收電路和電流 檢測(cè)電路全部集成在同一印刷電路板模塊上，這種技術(shù)減小了主電路的雜感，降低了功率 單元主電路的開關(guān)電壓尖峰，提高了功率變換電路的可靠性，降低故障率，從而節(jié)省部件維 修成本。(2)這種設(shè)計(jì)將復(fù)雜的主電路接線轉(zhuǎn)化為固定的PCB布線，大大簡(jiǎn)化了主電路布 局，節(jié)省空間和成本，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種集成多功能IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊，適用于軟開關(guān)技術(shù)的全橋移 相變換電路，不但實(shí)現(xiàn)了 IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)，而且將主電路的一部分(包括器件)功能集 成在驅(qū)動(dòng)電路模塊上，使驅(qū)動(dòng)電路和主電路更好的結(jié)合，提高了功率變換電路的可靠性。


圖1為本發(fā)明所述集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的原理圖；圖2為本發(fā)明所述的集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊的集成電路部分的電路原 理圖；圖3為本發(fā)明所述的集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊的具體實(shí)體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊，包括由功率放大開關(guān)電路和隔離驅(qū)動(dòng)變壓器 組成的驅(qū)動(dòng)電路、IGBT、主電路、直流支撐電路、連接四個(gè)IGBT(A D)的軟開關(guān)電路、吸收 電路和電流檢測(cè)電路，上述各電路及部件全部集成在同一印刷電路板模塊上。集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊上包括由功率放大開關(guān)電路和隔離驅(qū)動(dòng)變壓器 T1、T2組成的驅(qū)動(dòng)電路，還包括連接四個(gè)IGBT(Α D)構(gòu)成全橋移相變換電路的集成電路； 集成電路包括由并聯(lián)于直流支路正負(fù)極兩端的第八電容C25、第九電容C26構(gòu)成的直流支 撐電路，包括六個(gè)電容C17、C18、C19、C20、C23、C24并且連接四個(gè)IGBT(A D)的軟開關(guān)電路，由依次串接于直流支路正負(fù)兩端的第一電阻R40、第四電阻R43和第五電容C22組成的IGBT吸收電路，以及串接于軟開關(guān)電路的輸出電路中，由電流互感器TA、第二電阻R41、第 三電阻R42三者并聯(lián)后構(gòu)成的電流檢測(cè)電路；軟開關(guān)電路中第一電容C17、第二電容C18串 接，第三電容C19、第四電容C20串接后分別接入電路正負(fù)極兩端，第一電容C17、第二電容 C18之間引出輸出電路串接電流檢測(cè)電路后引至輸出端子E10，第三電容C19、第四電容C20 之間引出輸出電路串接由電容第六電容C23、第七電容C24并聯(lián)組成的直流隔離電路后引 至另一輸出端子El 1，第一電容至第四電容C17 C20分別和外部接入電路中的IGBT (A D)并聯(lián)，集成電路輸出端E10、E11外接高頻變壓器T ；各部件之間的連接全部由模塊的PCB 銅箔線路完成。具體的，本發(fā)明所述的集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊適合應(yīng)用于采用軟開關(guān) 技術(shù)的全橋移相變換電路。主電路將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為高頻的交流電并提供給后級(jí)的高 頻變壓器，變換電路采用兩個(gè)橋臂，共四個(gè)IGBT(A D)完成，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 IGBT的驅(qū)動(dòng)與 保護(hù)并集成了主電路的部分功能。首先，完成IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)，包括與變流器控制電路相連的驅(qū)動(dòng)電路，其工作 原理和過程為(如圖1所示)變流器控制電路發(fā)送脈沖信號(hào)(CommandA D)到IGBT驅(qū) 動(dòng)電路模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊對(duì)脈沖信號(hào)分別進(jìn)行功率放大，并輸出給隔離變壓器，隔離變壓 器實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的隔離和整合，并輸出相位相反的兩路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)給一個(gè)橋臂的上下 兩個(gè)IGBT (A-B)，另一個(gè)橋臂IGBT (C-D)的驅(qū)動(dòng)電路與IGBT (A-B)類同。IGBT (A D)接收 驅(qū)動(dòng)信號(hào)后開始正常工作。其次，通過軟開關(guān)技術(shù)將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為高頻的交流電并提供給后級(jí)的高頻 變壓器T。在開關(guān)電路工作過程中，IGBT(A D)組成全橋移相變換電路，利用外部高頻變 壓器T的原邊漏感續(xù)流和第一、二、三、四、六電容C17 C20、C23及第七電容C24的充放 電，使IGBT(A D)在C、E兩端電壓為零時(shí)開通，實(shí)現(xiàn)變換電路的零電壓軟開關(guān)功能。主電 路直流電從模塊上的接線端子+HV、-HV輸入，經(jīng)過緊固在電路模塊上IGBT的變換，由模塊 上的端子E10、Ell輸出高頻的交流電給后級(jí)的高頻變壓器T。如圖3所示，主電路直流電從接線端子+HV、_HV輸入，經(jīng)過緊固在電路模塊的六個(gè) 圓形大焊盤(標(biāo)識(shí)為QL、QR)下的IGBT變換，再由端子E10、E11輸出給后級(jí)的高頻變壓器。Pl為模塊對(duì)外連接器，提供電源及脈沖保護(hù)信號(hào)的輸入/輸出。IGBT脈沖驅(qū)動(dòng)信 號(hào)經(jīng)過電路功率放大后，再經(jīng)過隔離變壓器Tl、T2整合隔離，由El E8輸出到IGBT的驅(qū) 動(dòng)連接端子。電容C25、C26組成了直流支撐電路，電阻R43、R40、電容C22組成了 IGBT吸收回 路，電容C17 C20、C23、C24是軟開關(guān)電路的組成部分，電流互感器T3及電阻R41、R42組 成了電流檢測(cè)電路。IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊上所有部件之間的連接，全部由PCB的銅箔線路完成，包括輸 入直流端子(DC+、DC-)到主電路IGBT間的連接，以及IGBT輸出到高頻變壓器到連接。這 種設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了主電路布局，減小了主電路的雜感，也提高了整個(gè)功率電路的可靠性。
權(quán)利要求
集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊，包括由功率放大開關(guān)電路和隔離驅(qū)動(dòng)變壓器組成的驅(qū)動(dòng)電路、IGBT、主電路、直流支撐電路、連接四個(gè)IGBT(A～D)的軟開關(guān)電路、吸收電路和電流檢測(cè)電路，其特征在于上述各電路及部件全部集成在同一印刷電路板模塊上。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)車車輛輔助供電變流裝置，特別涉及IGBT變流器，具體為集成多功能的IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊。解決了現(xiàn)有IGBT變流器中存在的主電路布局復(fù)雜、成本高、雜散電感大、可靠性低的問題，包括由功率放大開關(guān)電路和隔離驅(qū)動(dòng)變壓器組成的驅(qū)動(dòng)電路、IGBT、主電路、直流支撐電路、連接四個(gè)IGBT(A～D)的軟開關(guān)電路、吸收電路和電流檢測(cè)電路，上述各電路及部件全部集成在同一印刷電路板模塊上。本發(fā)明應(yīng)用在軟開關(guān)變流電路中，不但實(shí)現(xiàn)了IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)，而且將主電路的一部分功能集成在驅(qū)動(dòng)電路模塊上，使驅(qū)動(dòng)電路和主電路更好的結(jié)合，提高了功率變換電路的可靠性。
文檔編號(hào)H02M1/08GK101860182SQ201010199670
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者張晉芳, 李相鋒, 牛勇, 王博, 胥會(huì)兵 申請(qǐng)人:永濟(jì)新時(shí)速電機(jī)電器有限責(zé)任公司