專利名稱：高壓變流器的驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓變流器，特別涉及高壓變流器中的高壓IGBT的驅(qū)動電路， 具體為高壓變流器的驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
按國際慣例和我國國家標(biāo)準(zhǔn)對電壓等級的劃分，供電電壓》10kV時稱高 壓，lkV 10kV時稱中壓。但我們習(xí)慣上也把額定電壓為6kV或3kV的電機(jī)稱 為"高壓電機(jī)"。高壓電動機(jī)在企業(yè)及鐵路領(lǐng)域中應(yīng)用極為廣泛，因此，我們 把驅(qū)動l 10kV交流電動機(jī)的變流器稱之為高壓變流器。但目前我國的調(diào)速和 起動方法仍很落后，浪費(fèi)了大量的能源且造成機(jī)械壽命低。因此，推廣應(yīng)用高 壓變頻調(diào)速裝置的效益和潛力是非常巨大的。而高壓變流器的驅(qū)動電路是變流 裝置中關(guān)鍵核心部件，能夠提供驅(qū)動信號和保護(hù)電路，此技術(shù)目前國內(nèi)無成功 案例，也沒有相關(guān)的文獻(xiàn)報告?，F(xiàn)有的普通(低壓)變流器的驅(qū)動電路主要包 括驅(qū)動電路設(shè)計、信號變換以及輸出電路設(shè)計、保護(hù)電路的設(shè)計等。與低壓變 流器的驅(qū)動電路相比，高壓變流器的驅(qū)動電路設(shè)計有其特殊性，主要體現(xiàn)在高 壓變流器的驅(qū)動電路需與其它電路之間進(jìn)行高壓隔離，防止流經(jīng)高壓變流器中 的高壓IGBT的高電壓、大電流對與其連接的其它電路造成損害；同時，高壓變 流器的驅(qū)動電路為適應(yīng)高壓的工作環(huán)境，其各功能電路(如驅(qū)動電路、保護(hù)電 路、電源電路等)的結(jié)構(gòu)與低壓變流器的驅(qū)動電路相比都存在較大的差異。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決目前沒有成熟的高壓變流器的驅(qū)動電路的問題，提供一種 高壓變流器的驅(qū)動電路。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的高壓變流器的驅(qū)動電路，包括驅(qū)動電 路、電源電路、保護(hù)電路，所述的電源電路包括一個高壓隔離芯片U1，高壓隔 離芯片Ul的輸入端與24VDC輸入電源相連，高壓隔離芯片Ul的輸出端連接有 含有開關(guān)電源芯片U2的+15V電源電路和含有可調(diào)穩(wěn)壓(器)芯片U3的-15V 電源電路，所述的電源電路還包括含有其輸入端與15VDC輸入電源相連的可調(diào) 穩(wěn)壓芯片U4的+5V電源電路和含有其輸入端與+15V電源電路的輸出電源端相 連的可調(diào)穩(wěn)壓芯片U5的+5V電源電路；所述的驅(qū)動電路包括驅(qū)動芯片U13，驅(qū) 動芯片U13的信號輸入端連接有觸發(fā)脈沖接收電路，觸發(fā)脈沖接收電路包括第 一光纖發(fā)射器U6和第一光纖接收器UIO，第一光纖接收器U10輸出端與第一非 門U11B的輸入端相連，第一非門U11B的輸出端與第一與非門U12A的一個輸 入端相連，第一與非門U12A的另一個輸入端(經(jīng)電阻)與+15V電源電路的輸 出電源端相連，第一與非門U12A的輸出端與第四與非門U12D的一個輸入端相 連，第四與非門U12D的另一個輸入端(經(jīng)電阻)與+15V電源電路的輸出電源 端相連，第四與非門U12D的輸出端與驅(qū)動芯片U13的信號輸入端相連；所述 的保護(hù)電路包括運(yùn)放芯片U8，運(yùn)放芯片U8的輸入端與采自變流器主回路的電 壓信號Vce相連，運(yùn)放芯片U8的輸出端與電壓比較器U9A的一個輸入端相連， 電壓比較器U9A的另一個輸入端與電阻分壓電路相連，電壓比較器U9A的輸出 端一路經(jīng)第一與門U15A與驅(qū)動芯片U13的控制端相連、另一路經(jīng)第二非門U15B 反相再經(jīng)第二光纖發(fā)射器U14和第二光纖接收器U7作為控制信號而輸出。
使用時，當(dāng)該高壓變流器的驅(qū)動電路用于驅(qū)動機(jī)車上的高壓變流器時，所 述的24VDC輸入電源和15VDC輸入電源來源于機(jī)車上的供電系統(tǒng)。所述的觸發(fā) 脈沖來自于機(jī)車上的控制單元，即觸發(fā)脈沖接收電路中的第一光纖發(fā)射器U6與 機(jī)車上的控制單元的觸發(fā)脈沖輸出端相連。第二光纖接收器U7輸出的控制信 號反饋至機(jī)車上的控制單元。變流器主回路電壓信號Vce采自變流器IGBT的主回路。驅(qū)動芯片U13的輸出端G、 E，即驅(qū)動芯片U13的26、 28、 30、 36、 38、 40腳輸出驅(qū)動信號經(jīng)驅(qū)動電阻R152、 R153及二極管D12送至兩個IGBT 的G極、IGBT配置板IGBT—ON端驅(qū)動IGBT進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)斷；驅(qū)動芯片U13的 27、 29、 31、 37、 39、 41腳經(jīng)電阻R149、 R151送至兩個IGBT的E極；工作時， 24VDC輸入電源經(jīng)高壓隔離芯片Ul，經(jīng)U2變換成+15V電壓，經(jīng)U3變換成-15V 電壓；+15V電壓經(jīng)U5變換為+5V電壓，給高壓IGBT驅(qū)動電路提供+/-15￥、 +5V 電源；另一路RE—15VDC輸入電源經(jīng)U4變換后產(chǎn)生RE—+5V隔離電壓給Vce狀 態(tài)反饋信號光纖接收器U7提供電源；控制單元發(fā)出的觸發(fā)脈沖經(jīng)光纖發(fā)射器 U6至光纖接收器U10,波形經(jīng)第一非門U11B整形后送入驅(qū)動芯片U13,變化經(jīng) U13的26、 28、 30、 36、 38、 40腳輸出驅(qū)動信號經(jīng)驅(qū)動電阻R152、 R153及D12 送至兩個IGBT的G極、IGBT配置板IGBTJ)N端驅(qū)動IGBT進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)斷；經(jīng) R149、 R151送至兩個IGBT的E極；變流器主回路電壓信號Vce經(jīng)運(yùn)算放大器 U8輸出至電壓比較器U9A與U9A的2腳電阻分壓電路所提供的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比 較，比較后的電壓分兩路輸出，一路經(jīng)第二非門U15B反相至第二光纖發(fā)射器 U14，再經(jīng)第二光纖接收器U7輸出經(jīng)連接器輸出向控制單元上報Vce狀態(tài)信息， 通過控制單元實(shí)施對IGBT進(jìn)行保護(hù)，輸出或封鎖脈沖;另一路經(jīng)第一與門U15A 送至驅(qū)動芯片U13的33腳控制端，直接實(shí)施對IGBT進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明所述的高壓變流器的驅(qū)動電路除了其各功能電路(如驅(qū)動電路、保 護(hù)電路、電源電路等)的結(jié)構(gòu)具有自身特點(diǎn)外，其實(shí)質(zhì)的特征是在觸發(fā)脈沖接 收電路和保護(hù)電路中采用了光纖發(fā)射器、光纖接收器，在電源電路中采用了高 壓隔離芯片，從而有效實(shí)現(xiàn)了該高壓變流器的驅(qū)動電路與其它電路(如觸發(fā)脈 沖產(chǎn)生電路、控制單元等)之間的高壓隔離，有效防止了流經(jīng)高壓變流器中的 高壓IGBT的高電壓、大電流可能經(jīng)驅(qū)動電路對與其連接的其它電路造成的損害。 該高壓變流器的驅(qū)動電路還有如下的功能和特點(diǎn)能同時驅(qū)動兩個IGBT模塊；可提供土15V的驅(qū)動電壓；可提供土30A的峰值電流；具有準(zhǔn)確可靠的驅(qū)動功能; 通過檢測Vce電壓提供短路保護(hù)，具有靈活可調(diào)的IGBT過流和短路保護(hù)功能；可 對電源電壓進(jìn)行欠壓檢測；電氣隔離可達(dá)到10kV;占空比0-100%;可以反饋Vce 狀態(tài)，保護(hù)IGBT功率模塊安全運(yùn)行；該驅(qū)動電路目前已成功裝配于動車組四象 限及逆變模塊，并將應(yīng)用在大功率四軸車電力機(jī)車上，能夠滿足了用戶現(xiàn)場的 實(shí)際需求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
圖1為本發(fā)明所述高壓變流器的驅(qū)動電路的電源電路原理圖；圖2為本發(fā)明所述高壓變流器的驅(qū)動電路的驅(qū)動和保護(hù)電路的原理圖；具體實(shí)施方式
高壓變流器的驅(qū)動電路，包括驅(qū)動電路、電源電路、保護(hù)電路，所述的電 源電路包括一個高壓隔離芯片Ul，高壓隔離芯片Ul的輸入端與24VDC輸入電 源相連，高壓隔離芯片Ul的輸出端連接有含有開關(guān)電源芯片U2的+15V電源電 路和含有可調(diào)穩(wěn)壓(器)芯片U3的-15V電源電路，所述的電源電路還包括含 有其輸入端與15VDC輸入電源相連的可調(diào)穩(wěn)壓芯片U4的+5V電源電路和含有其 輸入端與+15V電源電路的輸出電源端相連的可調(diào)穩(wěn)壓芯片U5的+5V電源電路； 所述的驅(qū)動電路包括驅(qū)動芯片U13,驅(qū)動芯片U13的信號輸入端連接有觸發(fā)脈 沖接收電路，觸發(fā)脈沖接收電路包括第一光纖發(fā)射器U6和第一光纖接收器 UIO，第一光纖接收器UIO輸出端與第一非門U11B的輸入端相連，第一非門U11B 的輸出端與第一與非門U12A的一個輸入端相連，第一與非門U12A的另一個輸 入端與+15V電源電路的輸出電源端相連，第一與非門U12A的輸出端與第四與 非門U12D的一個輸入端相連，第四與非門U12D的另一個輸入端與+15V電源電 路的輸出電源端相連，第四與非門U12D的輸出端與驅(qū)動芯片U13的信號輸入 端相連；所述的保護(hù)電路包括運(yùn)放芯片U8，運(yùn)放芯片U8的輸入端與采自變流器主回路的電壓信號Vce相連，運(yùn)放芯片U8的輸出端與電壓比較器U9A的一 個輸入端相連，電壓比較器U9A的另一個輸入端與電阻分壓電路相連，電壓比 較器U9A的輸出端一路經(jīng)第一與門U15A與驅(qū)動芯片U13的控制端相連、另一 路經(jīng)第二非門U15B反相再經(jīng)第二光纖發(fā)射器U14和第二光纖接收器U7作為控 制信號而輸出。具體實(shí)施時，開關(guān)電源芯片U2、可調(diào)穩(wěn)壓(器)芯片U3、可調(diào)穩(wěn)壓芯片 U4、可調(diào)穩(wěn)壓芯片U5都配置有相應(yīng)的處圍電路，在所用芯片型號已知的情況 下，外圍電路的設(shè)置對本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是公知的。開關(guān)電源芯片U2可采 用PT6100，可調(diào)穩(wěn)壓芯片U3、 U4、 U5可選用LT1086IT，高壓隔離芯片Ul可 選用LHVI-151818。所述的驅(qū)動芯片U13需配置相應(yīng)的、公知的外圍電路。第 一光纖發(fā)射器U6的輸入端連接有由二極管D16、電阻R15-R18、 二極管D5、 D6、 電容C22構(gòu)成的常規(guī)前置電路，用于對輸入脈沖信號的限流；同樣地，第二光 纖發(fā)射器U14的前端也設(shè)有由二極管D10、 二極管D11A、電阻R33-R35、電容 C44構(gòu)成的常規(guī)前置電路，第二光纖接收器U7的輸出端還連接有包括與門 U18A、非門U18B的常規(guī)后置電路，用于第二光纖接收器U7輸出信號的邏輯變 換，為后續(xù)電路(控制單元)提供所需的信號。運(yùn)放芯片U8的輸入端與采自 變流器主回路的電壓信號Vce之間連接有常規(guī)的包括電阻R22、 R23、 R43、電 容C20、 C21、 C22A以及二極管D7的信號采集電路，用于對電壓信號Vce的降 壓、限流。電壓比較器U9A的另一個輸入端所連的電阻分壓電路由電阻R24-R26 串聯(lián)而成，電壓比較器U9A的另一個輸入端與電阻R25和電阻R26之間的連接 節(jié)點(diǎn)相連。第一與非門U12A的另一個輸入端替換以反饋控制電路(即第一與非門 U12A的另一輸入端從與+15V電源電路的輸出電源端相連改為與反饋控制電路 相連)，該反饋控制電路包括第二與非門U12C、第三與非門U12B，第一與非門U12A的另一個輸入端與第二與非門U12C的輸出端相連，第二與非門U12C 的一個輸入端與+15V電源電路的輸出電源端相連、另一個輸入端與第三與非門 U12B的輸出端相連，第三與非門U12B的一個輸入端與+15V電源電路的輸出電 源端相連、另一個輸入端經(jīng)電阻R41、短路塊Sl與控制芯片U13的反饋信號輸 出端S0相連、同時與連接于+15V電源電路的輸出電源端與地之間的電阻R40、 電容C37的串聯(lián)支路中的電阻、電容之間的節(jié)點(diǎn)相連。工作時，當(dāng)短路塊Sl 斷開時，反饋控制電路處于非工作狀態(tài)，當(dāng)閉合短路塊S1時，當(dāng)保護(hù)電路檢 測到變流器主回路電流異常時(如短路或過流)，保護(hù)電路向驅(qū)動芯片U13的 控制端輸出保護(hù)信號，驅(qū)動芯片U13在該信號作用下直接實(shí)施對IGBT進(jìn)行保 護(hù)的同時，其反饋信號輸出端SO輸出反饋信號(低電平)，使第三與非門U12B 輸出高電平，第二與非門U12C輸出低電平，從而阻斷控制單元發(fā)出的觸發(fā)脈 沖進(jìn)入控制芯片U13，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的充分保護(hù)。具體實(shí)施時，所述的光纖發(fā)射器和光纖接收器可采用HFRB1522/HFRB2522 型號，所述的運(yùn)放芯片U8采用AD817型號，驅(qū)動芯片U13采用1SD1548。
權(quán)利要求
1、一種高壓變流器的驅(qū)動電路，包括驅(qū)動電路、電源電路、保護(hù)電路，其特征為所述的電源電路包括一個高壓隔離芯片(U1)，高壓隔離芯片(U1)的輸入端與24VDC輸入電源相連，高壓隔離芯片(U1)的輸出端連接有含有開關(guān)電源芯片(U2)的+15V電源電路和含有可調(diào)穩(wěn)壓芯片(U3)的-15V電源電路，所述的電源電路還包括含有其輸入端與15VDC輸入電源相連的可調(diào)穩(wěn)壓芯片(U4)的+5V電源電路和含有其輸入端與+15V電源電路的輸出電源端相連的可調(diào)穩(wěn)壓芯片(U5)的+5V電源電路；所述的驅(qū)動電路包括驅(qū)動芯片(U13)，驅(qū)動芯片(U13)的信號輸入端連接有觸發(fā)脈沖接收電路，觸發(fā)脈沖接收電路包括第一光纖發(fā)射器(U6)和第一光纖接收器(U10)，第一光纖接收器(U10)輸出端與第一非門(U11B)的輸入端相連，第一非門(U11B)的輸出端與第一與非門(U12A)的一個輸入端相連，第一與非門(U12A)的另一個輸入端與+15V電源電路的輸出電源端相連，第一與非門(U12A)的輸出端與第四與非門(U12D)的一個輸入端相連，第四與非門(U12D)的另一個輸入端與+15V電源電路的輸出電源端相連，第四與非門(U12D)的輸出端與驅(qū)動芯片(U13)的信號輸入端相連；所述的保護(hù)電路包括運(yùn)放芯片(U8)，運(yùn)放芯片(U8)的輸入端與采自變流器主回路的電壓信號(Vce)相連，運(yùn)放芯片(U8)的輸出端與電壓比較器(U9A)的一個輸入端相連，電壓比較器(U9A)的另一個輸入端與電阻分壓電路相連，電壓比較器(U9A)的輸出端一路經(jīng)第一與門(U15A)與驅(qū)動芯片(U13)的控制端相連、另一路經(jīng)第二非門(U15B)反相再經(jīng)第二光纖發(fā)射器(U14)和第二光纖接收器(U7)作為控制信號而輸出。
2、 如權(quán)利要求1所述的高壓變流器的驅(qū)動電路，其特征為第一與非門 (U12A)的另一個輸入端替換以反饋控制電路，該反饋控制電路包括第二與非門(U12C)、第三與非門(U12B)，第一與非門(U12A)的另一個輸入端與第二與非門(U12C)的輸出端相連，第二與非門(U12C)的一個輸入端與+15V 電源電路的輸出電源端相連、另一個輸入端與第三與非門(U12B)的輸出端相 連，第三與非門(U12B)的一個輸入端與+15V電源電路的輸出電源端相連、另 一個輸入端經(jīng)電阻(R41)、短路塊(Sl)與控制芯片(U13)的反饋信號輸出 端(S0)相連、同時與連接于+15V電源電路的輸出電源端與地之間的電阻(R40)、 電容(C37)的串聯(lián)支路中的電阻、電容之間的節(jié)點(diǎn)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及高壓變流器，具體為高壓變流器的驅(qū)動電路。解決目前沒有成熟的高壓變流器的驅(qū)動電路的問題。包括驅(qū)動電路、電源電路、保護(hù)電路；該高壓變流器的驅(qū)動電路除了其各功能電路的結(jié)構(gòu)具有自身特點(diǎn)外，其實(shí)質(zhì)的特征是在驅(qū)動電路和保護(hù)電路中采用了光纖發(fā)射器、光纖接收器，在電源電路中采用了高壓隔離芯片，從而有效實(shí)現(xiàn)了該高壓變流器的驅(qū)動電路與其它電路之間的高壓隔離，有效防止了流經(jīng)高壓變流器中的高壓IGBT的高電壓、大電流可能經(jīng)驅(qū)動電路對與其連接的其它電路造成的損害。電氣隔離可達(dá)到10kV；可以反饋主回路電壓狀態(tài)，保護(hù)IGBT功率模塊安全運(yùn)行；該驅(qū)動電路目前已成功裝配于動車組四象限及逆變模塊。
文檔編號H02M3/155GK101630910SQ20091007492
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者宋春龍, 張晉芳, 陳廣泰 申請人:永濟(jì)新時速電機(jī)電器有限責(zé)任公司