高壓大電流igbt驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及高壓驅(qū)動(dòng)IGBT【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括波形整形器、DC/DC變換器、時(shí)鐘振蕩器、雙路輸入互鎖控制模塊、死區(qū)時(shí)間控制模塊、DC/DC控制信號(hào)模塊、窄脈沖抑制模塊A、窄脈沖抑制模塊B和故障處理模塊，波形整形器與雙路輸入互鎖控制模塊電連接，雙路輸入互鎖控制模塊分別與窄脈沖控制模塊A、窄脈沖控制模塊B、死區(qū)時(shí)間控制模塊連接，時(shí)鐘振蕩器分別與窄脈沖抑制模塊、死區(qū)時(shí)間控制模塊、DC/DC控制信號(hào)模塊、窄脈沖控制模塊A、窄脈沖控制模塊B電連接，DC/DC變換器與DC/DC控制信號(hào)模塊連接。本實(shí)用新型使得在IGBT驅(qū)動(dòng)電路的性能上得到大大提高。
【專利說明】 局壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高壓驅(qū)動(dòng)IGBT【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，IGBT (絕緣柵雙極性晶體管)得到了廣泛應(yīng)用。IGBT具有耐高壓、耐大電流、高速和低飽和壓降等特點(diǎn)，在高壓變頻器、風(fēng)機(jī)變流器、太陽能并網(wǎng)逆變器等電力電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電路作為控制電路和功率半導(dǎo)體器件之間的橋梁，其性能決定著系統(tǒng)的可靠性，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)不僅要有極高的可靠性和良好的電氣隔離，還必須要關(guān)注電磁兼容、成本等諸多因素，高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)器也得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]高壓大功率IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的在目前的發(fā)展中遇到了更高的要求。
[0004]1.更高的集成度
[0005]目前大功率IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的體積還比較大，為了增加隔離電壓耐量，通常都會(huì)采用變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離，變壓器的體積和重量相對(duì)比較大，而且比較難于實(shí)現(xiàn)集成化。因此，未來的驅(qū)動(dòng)器會(huì)采用體積更小、更容易集成化的隔離器件，比如:應(yīng)用壓電式變壓器或者先進(jìn)的磁集成技術(shù)來減小隔離元件的體積和重量，增加集成度?？梢灶A(yù)見的是未來大功率IGBT必將和其驅(qū)動(dòng)電路集成在同一個(gè)模塊內(nèi)部，用戶只需要將控制信號(hào)直接引入功率模塊就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的控制。
[0006]2.更高的隔離電壓
[0007]當(dāng)前驅(qū)動(dòng)器都是采用光耦和變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離，光耦的優(yōu)點(diǎn)是體積小，但存在隔離電壓比較低、容易老化和延遲較大等不足。變壓器隔離的隔離電壓較高，延遲較小，但體積較大。因此，在需要高壓隔離的場合還多數(shù)采用變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離，當(dāng)前，變壓器隔離的驅(qū)動(dòng)模塊的最高隔離電壓大約為3300V左右。而IGBT的最高電壓等級(jí)已經(jīng)達(dá)到6500V，為了適應(yīng)更高電壓應(yīng)用場合，必須采用隔離電壓更高的驅(qū)動(dòng)器。
[0008]3.更大的驅(qū)動(dòng)功率
[0009]IGBT模塊的容量在不斷增加，單個(gè)模塊的電流容量已經(jīng)可以做到3600A，有時(shí)為了增加容量，通常采用并聯(lián)的方式工作，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)功率也提出了更高的要求，驅(qū)動(dòng)器的最大輸出電流必須相應(yīng)地增加，特別是在多個(gè)模塊并聯(lián)應(yīng)用時(shí)，驅(qū)動(dòng)器平均輸出功率要求達(dá)到5W?10W，瞬時(shí)最大輸出電流要求達(dá)到30A以上。
[0010]4.更高的開關(guān)頻率
[0011]為了適應(yīng)在感應(yīng)加熱電源等方面的應(yīng)用，IGBT的開關(guān)頻率不斷增加，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，IGBT最高的開關(guān)頻率已經(jīng)可以做到IOOkhz以上，已經(jīng)可以部分替代功率MOS管，對(duì)于驅(qū)動(dòng)器來講，意味著必須提供更大的驅(qū)動(dòng)功率，而且還要驅(qū)動(dòng)器具有更短的驅(qū)動(dòng)脈沖延遲時(shí)間和上升、下降時(shí)間，提供更大的瞬時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流等。
[0012]5.更完備的功能
[0013]現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT開關(guān)過程中引起的di/dt，dv/dt的控制，從而控制變換電路的EMI。有源門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以有效地控制IGBT開關(guān)造成的較高的di/dt，dv/dt，相應(yīng)地可以使IGBT工作在更加安全的工作區(qū)，減小其開關(guān)過程中產(chǎn)生的EMI，相應(yīng)地減小IGBT的緩沖吸收電路。其中三段有源門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種應(yīng)用前景比較廣泛的有源門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)。另外，為了滿足串、并聯(lián)IGBT應(yīng)用的需要，驅(qū)動(dòng)器還必須具備動(dòng)態(tài)均壓和均流功能。
[0014]IGBT作為電力電子系統(tǒng)的一種關(guān)鍵的電力半導(dǎo)體器件已經(jīng)持續(xù)增長了若干年，由于它使電力電子裝置和設(shè)備實(shí)現(xiàn)了更高的效率，更高的開關(guān)頻率和功率變換裝置小型化的設(shè)計(jì)，隨著性能不斷提升，IGBT器件的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到更寬的范圍，不僅在工業(yè)中，而且在許多其他功率變換系統(tǒng)中，它已經(jīng)取代了大功率雙極晶體管(GTR)、功率MOS場效應(yīng)管(MOSFET)，甚至出現(xiàn)替代門關(guān)斷晶閘管(GTO)的現(xiàn)實(shí)趨勢。大功率IGBT驅(qū)動(dòng)模塊技術(shù)將不斷完善，集成度也將提高，進(jìn)而減小IGBT功耗和EMI，提高系統(tǒng)的可靠性。隨著IGBT制造技術(shù)的發(fā)展，和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步增加，對(duì)于其驅(qū)動(dòng)器的性能的要求也在不斷提高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0015]為了解決目前IGBT驅(qū)動(dòng)電路已經(jīng)不能滿足IGBT使用要求的問題，提供一種高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0016]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:包括波形整形器、DC/DC變換器、時(shí)鐘振蕩器、雙路輸入互鎖控制模塊、死區(qū)時(shí)間控制模塊、DC/DC控制信號(hào)模塊、窄脈沖抑制模塊A、窄脈沖抑制模塊B和故障處理模塊，波形整形器與雙路輸入互鎖控制模塊電連接，雙路輸入互鎖控制模塊分別與窄脈沖控制模塊A、窄脈沖控制模塊B、死區(qū)時(shí)間控制模塊連接，時(shí)鐘振蕩器分別與窄脈沖抑制模塊、死區(qū)時(shí)間控制模塊、DC/DC控制信號(hào)模塊、窄脈沖控制模塊A、窄脈沖控制模塊B電連接，DC/DC變換器與DC/DC控制信號(hào)模塊連接；其中，死區(qū)時(shí)間控制模塊用來設(shè)置死區(qū)時(shí)間，故障處理模塊將電路中的故障信號(hào)收集并反饋。
[0017]當(dāng)驅(qū)動(dòng)模塊輸出兩路脈沖信號(hào)分別控制同一橋臂上面的上、下兩只IGBT時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)信號(hào)同時(shí)控制兩只IGBT導(dǎo)通，則會(huì)出現(xiàn)直通短路的現(xiàn)象，可能造成IGBT或其它器件的損壞。為了防止出現(xiàn)上述情況，在驅(qū)動(dòng)模塊的內(nèi)部設(shè)計(jì)了雙路輸入互鎖控制模塊，確保當(dāng)輸入兩路脈沖信號(hào)同時(shí)為高時(shí)，兩路輸出同時(shí)為低電平，防止出現(xiàn)直通現(xiàn)象。當(dāng)需要雙路驅(qū)動(dòng)信號(hào)獨(dú)立控制時(shí)，也可以通過外部端子屏蔽互鎖功能。
[0018]窄脈沖抑制模塊A和窄脈沖抑制模塊B均包括短路保護(hù)電路。由于控制電路或者干擾等原因造成的窄脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器加到IGBT的柵極，可能造成IGBT在短時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)開關(guān)過程，過短的脈沖信號(hào)使IGBT還未完全開通又轉(zhuǎn)為關(guān)斷，對(duì)變換器的輸出產(chǎn)生不良影響，并且增加了 IGBT的開關(guān)損耗，降低了系統(tǒng)的效率。在驅(qū)動(dòng)器中設(shè)計(jì)了濾波電路，去除窄脈沖信號(hào)，有利于提高IGBT可靠性。
[0019]本實(shí)用新型采用的IGBT短路或過流保護(hù)方式是通過檢測VCE的電壓值來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)IGBT出現(xiàn)短路或過流時(shí)，其工作區(qū)將退出飽和區(qū)而使VCE電壓升高。通過二極管D與IGBT的集電極相連來實(shí)現(xiàn)IGBT的欠飽和檢測，VCE電壓升高將相應(yīng)地使串聯(lián)二極管的陽極電位升高，當(dāng)超過設(shè)定的短路門限時(shí)保護(hù)電路動(dòng)作，關(guān)斷IGBT。由于IGBT在開通初期的集電極電壓比較高，如果此時(shí)保護(hù)電路工作可能造成誤動(dòng)作，必須設(shè)置一個(gè)盲區(qū)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)短路保護(hù)電路是不工作的。此功能是通過開關(guān)S和外接并聯(lián)電阻RCE和電容CCE來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，S開通，電容CCE被充電到15V，當(dāng)IGBT開通時(shí)，S關(guān)斷，CCE電容經(jīng)RCE放電，放電終止電壓為:
【權(quán)利要求】
1.一種高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，包括波形整形器、DC/DC變換器、時(shí)鐘振蕩器、雙路輸入互鎖控制模塊、死區(qū)時(shí)間控制模塊、DC/DC控制信號(hào)模塊、窄脈沖抑制模塊A、窄脈沖抑制模塊B和故障處理模塊，波形整形器與雙路輸入互鎖控制模塊電連接，雙路輸入互鎖控制模塊分別與窄脈沖控制模塊A、窄脈沖控制模塊B、死區(qū)時(shí)間控制模塊連接，時(shí)鐘振蕩器分別與窄脈沖抑制模塊、死區(qū)時(shí)間控制模塊、DC/DC控制信號(hào)模塊、窄脈沖控制模塊A、窄脈沖控制模塊B電連接，DC/DC變換器與DC/DC控制信號(hào)模塊連接；其中，死區(qū)時(shí)間控制模塊用來設(shè)置死區(qū)時(shí)間，故障處理模塊將電路中的故障信號(hào)收集并反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，窄脈沖抑制模塊A和窄脈沖抑制模塊B均包括短路保護(hù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，波形整形器采用調(diào)制脈沖信號(hào)，將上升沿和下降沿轉(zhuǎn)換為兩個(gè)反相的窄脈沖信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，DC/DC變換器為DC/DC控制信號(hào)模塊提供控制所需的電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，雙路輸入互鎖控制模塊包括雙路同時(shí)觸發(fā)模式和單路觸發(fā)模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)電路的外接模塊采用不同的接口板。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK203537224SQ201320669339
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】趙懷鵬 申請(qǐng)人:青島艾迪森科技有限公司