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      一種t型三電平igbt驅(qū)動電路的制作方法

      文檔序號:9729663閱讀:1115來源:國知局
      一種t型三電平igbt驅(qū)動電路的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明設(shè)及一種T型Ξ電平IGBT驅(qū)動電路,具體設(shè)及一種應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器 的T型Ξ電平IGBT驅(qū)動電路。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列模塊、逆變器、交流濾波器和電網(wǎng)組成。逆變器 是連接光伏陣列模塊和電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備,用W實(shí)現(xiàn)控制光伏陣列模塊運(yùn)行于最大功率點(diǎn)和 向電網(wǎng)注入正弦電流。光伏并網(wǎng)逆變器對諧波T皿(Total化rmonic Distodion,總諧波失 真)、轉(zhuǎn)化效率、安全可靠性等方面具有極高要求。傳統(tǒng)的光伏逆變器采用兩電平結(jié)構(gòu),在 IGBT驅(qū)動電路上采用普通光禪隔離的電路方式,并且不具備過流監(jiān)測和IGBT過壓保護(hù)功 能,存在一定的缺陷。兩電平結(jié)構(gòu)的功率器件損耗較大、轉(zhuǎn)換效率低,而且逆變器輸出諧波 THD較大,需要更大尺寸的濾波器。兩電平結(jié)構(gòu)的共模電壓變化率較大,導(dǎo)致共模電流也較 大,需要更復(fù)雜的EMKElectromagnetic Interference,電磁干擾)設(shè)計(jì)滿足安全要求。
      [0003] Ξ電平逆變器與兩電平逆變器相比具有W下優(yōu)點(diǎn):
      [0004] 1.使用同一電壓水平的IGBT時,Ξ電平逆變器可使輸出電壓及功率增大一倍;2. 在無須高電壓的應(yīng)用中,Ξ電平逆變器允許使用較低壓的IGBT模塊,能提高IGBT開關(guān)頻率; 3. Ξ電平逆變器的電源側(cè)電流比兩電平中的電流更接近正弦,正弦性更好,功率因數(shù)更高; 4. 不要求集電極電壓達(dá)到靜態(tài)和動態(tài)對稱,從而簡化IGBT驅(qū)動的設(shè)計(jì),并避免使用外部緩 沖電路;5.當(dāng)使用相同的開關(guān)頻率時,最終的輸出頻率可W提高一倍,顯然有助于減小無源 元件的尺寸和降低開關(guān)損耗。
      [0005] 雖然Ξ電平拓?fù)湎噍^于兩電平拓?fù)溆休^多的優(yōu)勢,但是普通的Ξ電平拓?fù)潋?qū)動電 路不夠完善,例如在IGBT關(guān)斷時所產(chǎn)生的電壓尖峰通常高于兩電平變換器,因此在抑制關(guān) 斷過壓方面,需要進(jìn)行更多的考慮。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種可抑制關(guān)斷過壓的T型Ξ電平IGB巧E動電路。
      [0007] 為此,本發(fā)明提出的一種T型Ξ電平IGBT驅(qū)動電路,用于驅(qū)動Ξ電平拓?fù)淠K,包 括與Ξ電平拓?fù)淠K相連的口極電路,所述口極電路包括IGBT 口極驅(qū)動電路,用于將低電 壓IGBT開關(guān)控制信號轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動IGBT開關(guān)的電壓信號;還包括過壓保護(hù)電路、次邊信號 處理模塊,所述的過壓保護(hù)電路分別與Ξ電平拓?fù)淠K和次邊信號處理模塊相連,過壓保 護(hù)電路包括有源巧位電路,該有源巧位電路通過具有快速響應(yīng)特性的瞬態(tài)抑制器件對IGBT 關(guān)斷時的電壓尖峰進(jìn)行有效抑制;所述次邊信號處理模塊至少具有集電極電壓監(jiān)測功能。
      [0008] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于,通過有源巧位電路通過具有快速響應(yīng)特性的瞬態(tài)抑制器件對 IGBT關(guān)斷時的電壓尖峰進(jìn)行有效抑制,可抑制關(guān)斷過壓。
      [0009] 在本發(fā)明的優(yōu)選方案中,本發(fā)明易于制作成即插即用型,控制準(zhǔn)確度高、系統(tǒng)損耗 小。
      [0010] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn),通過實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說明。
      【附圖說明】
      [0011] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例電路方框圖。
      [0012] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例電路原理圖。
      [0013] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例即插即用原理示意圖。
      [0014] 圖4-1是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的應(yīng)用框圖。
      [001引圖4-2是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的原理框圖。
      [0016] 圖4-3是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的輸入與輸出引腳邏輯關(guān)系圖。
      [0017] 圖4-4是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的短路保護(hù)原理框圖。
      [0018] 圖4-5是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的IGBT發(fā)射級電壓的確定示意圖。
      [0019]圖4-6是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的化ult端口波形圖。
      [0020]圖4-7是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的口極驅(qū)動原理框圖。
      [0021 ]圖4-8是本發(fā)明實(shí)施例中忍片QD2011的有源巧位工作原理圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0022] 本發(fā)明下述實(shí)施例的主要目的是提供一種應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的安全可靠性 高、控制準(zhǔn)確度高、系統(tǒng)損耗小、即插即用的T型Ξ電平IGB巧E動電路。
      [0023] 所解決的技術(shù)問題有:
      [0024] 1.通過有源巧位電路,能夠有效抑制IGBT關(guān)斷過程中產(chǎn)生的Vce(集電極與發(fā)射極 之間電壓)電壓尖峰,避免瞬時電壓超過IGBT的耐壓值;
      [0025] 2.設(shè)有的短路保護(hù)電路具有短路保護(hù)功能,并且通過在忍片集電極電壓監(jiān)測端口 VCE與接地端GND之間接入充電電容來調(diào)節(jié)短路保護(hù)響應(yīng)時間,電容的充電時間越長,相應(yīng) 的短路響應(yīng)時間也會增加;
      [0026] 3.設(shè)有的口極保護(hù)電路具有口極保護(hù)功能,使IGBT 口極電壓保證在安全值范圍 內(nèi);
      [0027] 4.設(shè)有的口極驅(qū)動電路具有口極驅(qū)動功能,使忍片輸出的低電壓信號轉(zhuǎn)化為可用 于驅(qū)動IGBT開通、關(guān)斷的電壓信號;
      [0028] 5.具備即插即用功能,根據(jù)IGBT模塊外形結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)的驅(qū)動板PCB可直接焊接在 IGB巧側(cè)上使用。
      [0029] 具體如圖1所示,本發(fā)明實(shí)施例的即插即用的T型Ξ電平驅(qū)動電路依次包括如下模 塊:
      [0030] -即插即用功能模塊(圖3),是一種設(shè)計(jì)出完善的驅(qū)動電路和保護(hù)電路之后,根據(jù) 相對應(yīng)的IGBT模塊結(jié)構(gòu),將其PCB設(shè)計(jì)成可直接焊接在IGBT引腳上使用的一種操作簡易、結(jié) 構(gòu)緊湊的驅(qū)動安裝方式;
      [0031] -次邊信號處理忍片,此忍片結(jié)合外圍電路構(gòu)成次邊信號處理模塊,可實(shí)現(xiàn)信號 處理功能、短路保護(hù)功能、集電極電壓監(jiān)測功能、IGBT開通關(guān)斷電壓調(diào)節(jié)功能、欠壓保護(hù)功 能、故障管理功能、IGBTH極驅(qū)動信號轉(zhuǎn)化功能和有源巧位功能等;
      [0032] -口極電路,由IGBT 口極驅(qū)動電路、IGBT開通關(guān)斷電阻分離電路、IGBT 口極保護(hù)電 路共同構(gòu)建而成;
      [0033] -IGBT口極驅(qū)動電路,作用是將忍片內(nèi)部的低電壓IGBT開關(guān)控制信號,通過使用 外接的M0SFET來提高驅(qū)動峰值電流能力的方式,轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動IGBT開關(guān)的電壓信號;
      [0034] -IGBT開通關(guān)斷電阻分離電路,將口極電阻分離成開通電阻和關(guān)斷電阻,可分別 通過開通電阻和關(guān)斷電阻的阻值來調(diào)整IGBT的開通時間和關(guān)斷時間,并可起到分散開關(guān)功 耗的作用;
      [003引 一IGBT 口極保護(hù)電路,通過二極管將口極與電源電位相連,使得口極電壓巧位在 電源電壓W下;通過雙向穩(wěn)壓管將口極與發(fā)射極相連,使得Vge處在一個穩(wěn)定值;
      [0036] -過壓保護(hù)電路,包括了有源巧位電路、短路保護(hù)電路和電壓監(jiān)測電路;
      [0037] -有源巧位電路,是通過具有快速響應(yīng)特性的瞬態(tài)抑制器件對IGBT關(guān)斷時的電壓 尖峰進(jìn)行有效抑制,避免瞬時的電壓尖峰過高導(dǎo)致IGBT損壞;
      [0038] -短路保護(hù)電路,通過實(shí)時檢測集電極電壓來判斷IGBT是否發(fā)生短路故障,一旦 發(fā)生短路情況,短路保護(hù)電路配合忍片輸出故障信號并關(guān)斷IGBT;
      [0039] -電壓監(jiān)測電路,包括了短路保護(hù)功能中VCE監(jiān)測電路和有源巧位監(jiān)測電路,分別 在短路保護(hù)功能和有源巧位功能中起到信息反饋的作用。
      [0040] 如圖2所示,在此WQ4管為例進(jìn)行說明,其余Ξ管(Q1、Q2、Q3)的驅(qū)動電路與其相 同。所述的即插即用的T型Ξ電平IGBT驅(qū)動電路包括:4個T型連接的IGBT管組成的Ξ電平拓 撲模塊1、次邊信號處理忍片2、過壓保護(hù)電路3、口極電路4、忍片外圍電路5和即插即用功能 模塊。
      [0041] 所述的Ξ電平拓?fù)淠K1包括T型連接的四個IGBT管及其配套的二極管,其中Q1管 和Q4管為主管,Q2管和Q3管為副管,主管較副管所要承受的電壓等級更高;所述的T型連接 為,Q1管的發(fā)射極與Q4管的集電極相連,Q2管的發(fā)射極與Q3管的發(fā)射極相連,Q3管的集電極 與Q1管和Q4管的公共端相連;所述的四個IGBT管的發(fā)射極和集電極之間都連接有一個二極 管,分別是 D1、D2、D3、D4。
      [0042] 所述的次邊信號處理忍片2,使用深圳青銅劍科技股份有限公司的孤2011,引腳定 義如下表1所示(忍片其他詳細(xì)說明見后),此忍片結(jié)合外部電路可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)功能、集電 極電壓監(jiān)測功能、IGBT開通關(guān)斷電壓調(diào)節(jié)功能、IGBTH極驅(qū)動信號轉(zhuǎn)化功能、有源巧位功能 等,功能實(shí)現(xiàn)的具體方式詳見本發(fā)明各個電路的構(gòu)建及工作原理說明。
      [0043]
      [0044]
      [004引表1QD2011引腳定義(注:此處引腳定義所采用的符號有幾處與孤2011忍片說明書 上的不一致,但功能無差別,如:1CCP,說明書為1VD2,3細(xì)說明書為3G0N,4化說明書為GOFF, 5REF說明書為Vref,8F- SET說明書為化ul t)所述的過壓保護(hù)電路3,包括了有源巧位電路和 短路保護(hù)電路。
      [0046] 所述的有源巧位電路,是通過具有快速響應(yīng)特性的瞬態(tài)抑制器件對IGBT關(guān)斷時的 電壓尖峰進(jìn)行有效抑制,典型的電路可W用多個TVS管(一種二極管形式的高效能保護(hù)器 件)串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)
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