應用于光伏發(fā)電的大功率igbt并聯(lián)驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，包括主控制器、多個IGBT及其驅(qū)動模塊、第一光纖發(fā)射電路、多個第一光纖接收電路、第二光纖發(fā)射電路以及第二光纖接收電路；第一光纖發(fā)射電路將主控制器輸出的PWM驅(qū)動電信號轉(zhuǎn)換為多路同步的驅(qū)動光信號，各第一光纖接收電路接收驅(qū)動光信號并轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電信號輸出至各IGBT及其驅(qū)動模塊，IGBT及其驅(qū)動模塊檢測到IGBT發(fā)生故障時輸出IGBT故障電信號；第二光纖發(fā)射電路將多路IGBT故障電信號合成一路并轉(zhuǎn)換為故障光信號輸出；第二光纖接收電路將故障光信號轉(zhuǎn)換為故障電信號輸出至主控制器。本實用新型可將PWM驅(qū)動電信號轉(zhuǎn)化多路驅(qū)動電信號以驅(qū)動并聯(lián)的IGBT及其驅(qū)動模塊，提高多路驅(qū)動電信號的同步性和可靠性。
【專利說明】應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及大功率光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應用于光伏發(fā)電的大功 率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能光伏發(fā)電在21世紀占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī) 能源，而且將成為世界能源供應的主體。隨著太陽能光伏并網(wǎng)逆變器單機容量和大型地面 電站規(guī)模的不斷增大，太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的運行效率、安全性和穩(wěn)定性就越發(fā)重要。
[0003] 在組成太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的大容量電力電子設(shè)備中，當功率器件流過的電流 超過現(xiàn)有電力電子器件的設(shè)計范圍，或者為降低功率器件的損耗，提高功率開關(guān)器件的載 流能力時，可以采用同種功率器件并聯(lián)使用的技術(shù)方案。只有當并聯(lián)的各個功率模塊在靜 態(tài)與動態(tài)均達到理想的對稱均衡狀態(tài)，才能最大程度地利用并聯(lián)后的功率器件，提高運行 效率。因此，對于實際應用的并聯(lián)連接而言，優(yōu)化的對稱條件至關(guān)重要。
[0004] 對于并聯(lián)使用的開關(guān)器件，為達到動態(tài)和靜態(tài)均流，需要控制開關(guān)器件開通與關(guān) 斷的驅(qū)動信號嚴格保持同步，若驅(qū)動電路的輸出阻抗存在偏差，將導致開關(guān)時刻的不一 致，加劇開關(guān)損耗分布的不均衡。傳統(tǒng)的并聯(lián)控制有兩種常用模式，一種是由控制器輸出 多路同樣的驅(qū)動信號，經(jīng)過調(diào)理電路多次處理后，分別送給并聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor , IGBT)驅(qū)動模塊（每個IGBT均有獨立的驅(qū)動模 塊)，這種方式驅(qū)動信號存在同步效果不佳，調(diào)試復雜、生產(chǎn)效率不高的問題；另一種是控制 器輸出一個驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號經(jīng)過調(diào)理電路多次處理后，同時送給并聯(lián)IGBT的無源驅(qū) 動模塊，這種方式的不足在于驅(qū)動信號必須要有足夠大的功率去驅(qū)動多個并聯(lián)的IGBT及 其驅(qū)動模塊，且并聯(lián)的IGBT及其驅(qū)動模塊的數(shù)量受驅(qū)動信號功率的限制，不利于產(chǎn)品的功 能擴展與設(shè)計優(yōu)化。 實用新型內(nèi)容
[0005] 有鑒于此，本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種應用于光伏發(fā)電的大功率 IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，可提高并聯(lián)驅(qū)動信號的同步性。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] -種應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其包括主控制器和多個絕緣 柵雙極型晶體管IGBT及其驅(qū)動模塊，還包括：
[0008] 第一光纖發(fā)射電路，所述第一光纖發(fā)射電路與所述主控制器連接，將主控制器輸 出的脈沖寬度調(diào)制PWM驅(qū)動電信號轉(zhuǎn)換為多路同步的驅(qū)動光信號；
[0009] 多個第一光纖接收電路，各所述第一光纖接收電路分別與該第一光纖發(fā)射電路連 接，接收驅(qū)動光信號并轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電信號輸出至各該IGBT及其驅(qū)動模塊，所述IGBT及其驅(qū) 動模塊接收驅(qū)動電信號控制IGBT的開通與關(guān)斷；所述IGBT及其驅(qū)動模塊檢測到IGBT發(fā)生 故障時輸出IGBT故障電信號；
[0010] 第二光纖發(fā)射電路，所述第二光纖發(fā)射電路連接各該IGBT及其驅(qū)動模塊，將多路 IGBT故障電信號合成一路并轉(zhuǎn)換為故障光信號輸出；
[0011] 第二光纖接收電路，所述第二光纖接收電路分別與所述第二光纖發(fā)射電路以及主 控制器連接，該第二光纖接收電路將故障光信號轉(zhuǎn)換為故障電信號輸出至該主控制器。
[0012] 作為優(yōu)選方案，所述第一光纖發(fā)射電路包括總線驅(qū)動器以及多個光纖發(fā)射單元； 該總線驅(qū)動器包括一組輸入端和一組輸出端，所述輸入端與該主控制器連接，所述輸出端 設(shè)置有多個，且各該輸出端分別連接各所述光纖發(fā)射單元的電信號輸入端。
[0013] 作為優(yōu)選方案，所述第二光纖發(fā)射電路包括三極管和光纖發(fā)射單元，所述三極管 的基極連接各所述IGBT及其驅(qū)動模塊，集電極連接所述光纖發(fā)射單元的電信號輸入端，發(fā) 射極接地。
[0014] 作為優(yōu)選方案，所述光纖發(fā)射單元包括光纖發(fā)射器，該光纖發(fā)射器的陽極和陰極 之間依次連接有電阻R1和電容C1，所述電阻R1和電容C1之間還連接有電源，且所述電信 號輸入端為所述光纖發(fā)射器的陰極。
[0015] 作為優(yōu)選方案，所述第一光纖接收電路包括光纖接收器，該光纖接收器的電源端 和輸出端之間并聯(lián)連接有電阻R2和電容C2。
[0016] 作為優(yōu)選方案，所述第二光纖接收電路包括光纖接收器，該光纖接收器的電源端 和輸出端之間并聯(lián)連接有電阻R2和電容C2。
[0017] 作為優(yōu)選方案，所述第一光纖接收電路的數(shù)量為兩個，所述IGBT及其驅(qū)動模塊的 數(shù)量為兩個。
[0018] 本實用新型達到的技術(shù)效果如下：
[0019] 1、主控制器輸出的脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM)驅(qū)動電信號可 轉(zhuǎn)化多路驅(qū)動電信號以驅(qū)動并聯(lián)的IGBT及其驅(qū)動模塊，多路驅(qū)動電信號的同步性和可靠 性提1?。
[0020] 2、PWM驅(qū)動信號在主控制器和IGBT之間通過光纖傳輸，不受其所處的復雜電磁環(huán) 境影響，抗干擾能力增強。
[0021] 3、PWM驅(qū)動信號在主控制器和IGBT之間通過光纖傳輸，對主控制器的安放位置沒 有要求，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
[0022] 4、第一光纖發(fā)射器電路、第二光纖發(fā)射電路、第一光纖接收器電路以及第二光纖 接收器電路均可以作為一個完整的功能電路模塊，移植到相關(guān)的需要IGBT并聯(lián)驅(qū)動的場 合，使用范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖2為本實用新型第一光纖發(fā)射電路的原理圖；
[0025] 圖3為本實用新型第一光纖接收電路的原理圖；
[0026] 圖4為本實用新型第二光纖發(fā)射電路的原理圖。
[0027]【符號說明】
[0028] 主控制器1
[0029] IGBT及其驅(qū)動模塊2
[0030] 第一光纖發(fā)射電路3
[0031] 總線驅(qū)動器31
[0032] 輸入端311
[0033] 輸入端312
[0034] 輸出端313
[0035] 第一光纖接收電路4
[0036] 光纖接收器41
[0037] 第二光纖發(fā)射電路5
[0038] 三極管51
[0039] 光纖發(fā)射單元6
[0040] 光纖發(fā)射器61
[0041] 第二光纖接收電路7。

【具體實施方式】
[0042] 如圖1所示，本實用新型應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路包括主控制 器1、多個IGBT及其驅(qū)動模塊2、第一光纖發(fā)射電路3、多個第一光纖接收電路4、第二光纖 發(fā)射電路5以及第二光纖接收電路7。
[0043] 所述第一光纖發(fā)射電路3與主控制器1連接，可將主控制器1輸出的PWM驅(qū)動電信 號轉(zhuǎn)換為多路同步的驅(qū)動光信號。各所述第一光纖接收電路4分別與第一光纖發(fā)射電路3 連接，接收驅(qū)動光信號并轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電信號輸出至各IGBT及其驅(qū)動模塊2,所述IGBT及其 驅(qū)動模塊2接收驅(qū)動電信號控制IGBT的開通與關(guān)斷；所述IGBT及其驅(qū)動模塊檢測到IGBT 發(fā)生故障時輸出IGBT故障電信號。第二光纖發(fā)射電路5連接各IGBT及其驅(qū)動模塊2,將多 路IGBT故障電信號合成一路并轉(zhuǎn)換為故障光信號輸出。所述第二光纖接收電路7分別與 所述第二光纖發(fā)射電路5以及主控制器1連接，該第二光纖接收電路7將故障光信號轉(zhuǎn)換 為故障電信號輸出至該主控制器1，使主控制器封鎖PWM驅(qū)動信號。
[0044] 在本實施例中，所述第一光纖接收電路4的數(shù)量為兩個，對應的所述IGBT及其驅(qū) 動模塊2的數(shù)量為兩個，但并不以此為限，可根據(jù)實際生產(chǎn)過程中的需要，設(shè)定所需的第一 光纖接收電路4以及IGBT及其驅(qū)動模塊2的數(shù)量。
[0045] 如圖2所示，所述第一光纖發(fā)射電路3包括總線驅(qū)動器31以及多個光纖發(fā)射單元 6。該總線驅(qū)動器31包括一組輸入端311和一組輸出端313,所述輸入端311與主控制器1 連接，接收由主控制器1輸出的PWM驅(qū)動電信號。所述輸出端313的數(shù)量設(shè)置有多個，且各 該輸出端313分別連接各所述光纖發(fā)射單兀6的電信號輸入端，各該輸出端313輸出多路 同步的驅(qū)動電信號至各該光纖發(fā)射單元6。在本實施例中，所述第一光纖發(fā)射電路3中設(shè)置 有兩個光纖發(fā)射單元6,而對應的總線驅(qū)動器31的輸出端313的數(shù)量也設(shè)置有兩個，但并不 以此為限。
[0046] 其中，所述總線驅(qū)動器31可以為SN75452,則所述SN75452總線驅(qū)動器還包括另一 組用于連接電源的輸入端312。
[0047] 光纖發(fā)射單元6包括光纖發(fā)射器61，該光纖發(fā)射器61的陽極和陰極之間依次連接 有電阻R1和電容C1，所述電阻R1和電容C1之間還連接有電源，且所述電信號輸入端為光 纖發(fā)射器61的陰極。其中，所述光纖發(fā)射器61可為HFBR1521。當所述光纖發(fā)射器61的電 信號輸入端輸入為低電平時，該光纖發(fā)射器61才會發(fā)出相應的光信號。
[0048] 因此，當主控制1輸出的PWM驅(qū)動電信號為高電平時，兩個輸出端313同時輸出低 電平，即光纖發(fā)射器61的電信號輸入端輸入為低電平，則所述兩個光纖發(fā)射器61內(nèi)部的激 光發(fā)生器導通，發(fā)出同步的光信號。當主控制輸出的PWM驅(qū)動電信號為低電平時，兩個輸入 端313同時輸出高電平，則兩個光纖發(fā)射器61內(nèi)部的激光發(fā)生器關(guān)斷，不發(fā)出光信號。
[0049] 如圖3所示，所述第一光纖接收電路4包括光纖接收器41，該光纖接收器41中設(shè) 置有三個端子接口，其中兩個端子接口分別為電源端和輸出端，且所述電源端和輸出端之 間并聯(lián)連接有電阻R2和電容C2,剩余的一個端子接口接地。其中，所述光纖接收器41可為 HFBR2521，且所述電阻R2和電容C2的數(shù)值可以根據(jù)需要進行設(shè)定。
[0050] 當沒有光信號輸入時，光纖接收器41的輸出端輸出高電平；當有光信號輸入時， 光纖接收器41的輸出端輸出低電平。由光纖接收器41、電阻R2以及電容C2組成的光纖接 收電路4在IGBT及其驅(qū)動模塊2端，接收由主控制器1發(fā)出的驅(qū)動光信號。
[0051] 本實用新型中的第二光纖接收電路7與第一光纖接收電路4的結(jié)構(gòu)和工作原理基 本相同，在此將不再贅述。其不同之處在于：第二光纖接收電路7在主控制器1端，則所述 第二光纖接收電路7中的光纖接收器接收由IGBT及其驅(qū)動模塊2發(fā)出的故障光信號。
[0052] 如圖4所示，所述第二光纖發(fā)射電路5包括三極管51和光纖發(fā)射單元6,所述三極 管51的基極連接各所述IGBT及其驅(qū)動模塊2,集電極連接所述光纖發(fā)射單元6的電信號輸 入端，發(fā)射極接地。
[0053] 當IGBT及其驅(qū)動模塊2正常工作時，IGBT及其驅(qū)動模塊2輸出的IGBT故障電信 號為高電平，三極管51導通，所述光纖發(fā)射器61內(nèi)部的激光發(fā)射器導通，該光纖發(fā)射器61 輸出故障光信號。當IGBT及其驅(qū)動模塊2發(fā)生故障時，IGBT及其驅(qū)動模塊2輸出的IGBT 故障電信號為低電平，三極管51關(guān)斷，所述光纖發(fā)射器61內(nèi)部的激光發(fā)射器關(guān)斷，沒有光 信號從該光纖發(fā)射器61輸出。其中，任意一個IGBT及其驅(qū)動模塊2發(fā)生故障，三極管51 接收的一路故障電信號則為低電平，三極管51關(guān)斷，致使沒有光信號從所述光纖發(fā)射器61 中輸出。
[0054] 所述第一光纖發(fā)射電路3中的電阻值和電容值以及第二光纖發(fā)射電路5中的電阻 值和電容值可以根據(jù)需要另行設(shè)定。
[0055] 本實用新型中的第一光纖發(fā)射器電路3、第一光纖接收器電路4、第二光纖發(fā)射電 路5、第二光纖接收器電路7均可由母板供電。
[0056] 本實用新型通過使用第一光纖發(fā)射電路3中的總線驅(qū)動器31，由同一個驅(qū)動芯片 驅(qū)動兩個光纖發(fā)射器61，不僅滿足了驅(qū)動信號的同步性，由于是光信號傳輸，還極大地提高 了驅(qū)動信號的抗干擾性能。
[0057] 此外，本實用新型中的各個組成部分均可作為一個完整的功能電路模塊，移植到 相關(guān)的需要IGBT并聯(lián)驅(qū)動的場合，使用范圍廣。且本實用新型應用于光伏發(fā)電的大功率 IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路也可以根據(jù)需要應用于其它不同的場合。例如，可以應用于大功率光伏 并網(wǎng)逆變器，大功率變頻器，風電變流器，也可以應用于大功率開關(guān)電源。
[0058] 以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護 范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其包括主控制器和多個絕緣柵 雙極型晶體管IGBT及其驅(qū)動模塊，其特征在于，還包括： 第一光纖發(fā)射電路，所述第一光纖發(fā)射電路與所述主控制器連接，將主控制器輸出的 脈沖寬度調(diào)制PWM驅(qū)動電信號轉(zhuǎn)換為多路同步的驅(qū)動光信號； 多個第一光纖接收電路，各所述第一光纖接收電路分別與該第一光纖發(fā)射電路連接， 接收驅(qū)動光信號并轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電信號輸出至各該IGBT及其驅(qū)動模塊，所述IGBT及其驅(qū)動 模塊接收驅(qū)動電信號控制IGBT的開通與關(guān)斷；所述IGBT及其驅(qū)動模塊檢測到IGBT發(fā)生故 障時輸出IGBT故障電信號； 第二光纖發(fā)射電路，所述第二光纖發(fā)射電路連接各該IGBT及其驅(qū)動模塊，將多路IGBT 故障電信號合成一路并轉(zhuǎn)換為故障光信號輸出； 第二光纖接收電路，所述第二光纖接收電路分別與所述第二光纖發(fā)射電路以及主控制 器連接，該第二光纖接收電路將故障光信號轉(zhuǎn)換為故障電信號輸出至該主控制器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其特征在于， 所述第一光纖發(fā)射電路包括總線驅(qū)動器以及多個光纖發(fā)射單元；該總線驅(qū)動器包括一組輸 入端和一組輸出端，所述輸入端與該主控制器連接，所述輸出端設(shè)置有多個，且各該輸出端 分別連接各所述光纖發(fā)射單元的電信號輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其特征在于， 所述第二光纖發(fā)射電路包括三極管和光纖發(fā)射單元，所述三極管的基極連接各所述IGBT 及其驅(qū)動模塊，集電極連接所述光纖發(fā)射單元的電信號輸入端，發(fā)射極接地。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其特征 在于，所述光纖發(fā)射單元包括光纖發(fā)射器，該光纖發(fā)射器的陽極和陰極之間依次連接有電 阻R1和電容C1，所述電阻R1和電容C1之間還連接有電源，且所述電信號輸入端為所述光 纖發(fā)射器的陰極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其特征在于， 所述第一光纖接收電路包括光纖接收器，該光纖接收器的電源端和輸出端之間并聯(lián)連接有 電阻R2和電容C2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其特征在于， 所述第二光纖接收電路包括光纖接收器，該光纖接收器的電源端和輸出端之間并聯(lián)連接有 電阻R2和電容C2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于光伏發(fā)電的大功率IGBT并聯(lián)驅(qū)動電路，其特征在于， 所述第一光纖接收電路的數(shù)量為兩個，所述IGBT及其驅(qū)動模塊的數(shù)量為兩個。
【文檔編號】H02M1/092GK203851012SQ201420083036
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王鐵鋼, 張廣潔 申請人:北京天誠同創(chuàng)電氣有限公司