專利名稱：中高壓變頻器igbt驅(qū)動電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及中高壓變頻器的絕緣柵雙極型功率管IGBT的驅(qū)動，為一種中高壓變頻器IGBT驅(qū)動電路。
背景技術：
由于變頻調(diào)速技術在國民經(jīng)濟和日常生活具有重要地位，是節(jié)約能源的高新技術，也是國際技術更新?lián)Q代較快的領域，是高科技領域的綜合性技術。在我國也是替代進口、節(jié)約投資的最大領域之一。盡管我國雖有個別公司有能力生產(chǎn)部分型號的中高壓變頻器，既滿足不了告訴發(fā)展市場需求，同時現(xiàn)有的產(chǎn)品在技術的升級、質(zhì)量穩(wěn)定和節(jié)能效益等方面還有一定的技術攻關空間，就本技術領域的世界水平而言，隨著計算機技術、集成電路技術、自動控制技術和新材料、新工藝的應用，整個行業(yè)仍處在技術進步的高速發(fā)展階段。國務院剛剛頒布的十一五科技規(guī)劃綱要中明確規(guī)定，能源與節(jié)能技術是我們科技發(fā)展的發(fā)展中的攻關方向，是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會中重要的科技發(fā)展領域。促進節(jié)能技術的發(fā)展和實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，既符合我國社會發(fā)展對高新技術發(fā)展的總體要求，事實上也成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)市場，具有令人矚目的良好前景。 在高壓變頻器技術發(fā)展過程中，高壓變頻器技術中關鍵技術，大功率開關器件的驅(qū)動電路實現(xiàn)方法一直受到廣泛的關注。大功率開關器件IGBT集雙極型功率晶體管和功率M0SFET的優(yōu)點于一體，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動功率小、控制電路簡單、開關損耗小、通斷速度快和工作頻率高等優(yōu)點。但是，IGBT和其它電力電子器件一樣，其應用還依賴于電路條件和開關環(huán)境，目前的IGBT驅(qū)動電路在控制脈沖與驅(qū)動電路的電隔離，提供功率器件完整的保護功能，可靠性等方面還不能滿足使用需求，因此，IGBT的驅(qū)動和保護電路是電路設計的難點和重點，是整個裝置運行的關鍵環(huán)節(jié)。本實用新型對IGBT的驅(qū)動和保護電路給出了一種實用新穎的實現(xiàn)方案。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的問題是克服一般的IGBT驅(qū)動設計存在的缺點和不足，而提出一種實用的新型的IGBT驅(qū)動設計方案。該方法實現(xiàn)控制脈沖與驅(qū)動電路的電隔離，提供功率器件完整的保護功能，可靠性高。 本實用新型的技術方案為中高壓變頻器IGBT驅(qū)動電路，包括電源模塊，可編程邏輯器件FPGA、電路保護監(jiān)測電路、光電隔離模塊和功率放大電路，電源模塊、電路保護監(jiān)測電路的輸出連接FPGA， FPGA的輸出經(jīng)光電隔離模塊和功率放大電路連接至IGBT。[0006] 電路保護監(jiān)測電路包括IGBT過壓、欠壓保護保護電路，IGBT溫度檢測電路，IGBT的通斷狀態(tài)檢測電路。 本實用新型適用于大功率、高耐壓IGBT模塊串、并聯(lián)電路的驅(qū)動和保護。通過光纖傳輸驅(qū)動及狀態(tài)識別信號，進行高壓隔離傳輸，具有良好的抗電磁干擾性能和較大的驅(qū)動電流，適用于高壓大功率場合；實現(xiàn)了 IGBT的過流和短路保護電路，以及信號反饋檢測功能。本實用新型實用可靠，工藝細致，在驅(qū)動波形正、反偏，保護等方面都滿足IGBT的驅(qū) 動要求，是一種性能優(yōu)異、成熟的驅(qū)動電路。

圖1為本實用新型的電路結(jié)構框圖。 圖2為本實用新型電路保護監(jiān)測電路的過壓、欠壓保護電路圖。 圖3為本實用新型電源模塊電路圖。
具體實施方式如圖1，本實用新型包括電源模塊，可編程邏輯器件FPGA、電路保護監(jiān)測電路、光 電隔離模塊和功率放大電路，電源模塊、電路保護監(jiān)測電路的輸出連接FPGA， FPGA的輸出 經(jīng)光電隔離模塊和功率放大電路連接至IGBT， FPGA通過光纖接口電路連接中高壓變頻器 的主控板。 下面具體說明本實用新型的實現(xiàn)。 1) 、 FPGA設有保護處理電路，檢測IGBT集電極和發(fā)射極電壓來監(jiān)測過電流； 2)、電路保護監(jiān)測電路設有IGBT過壓、欠壓保護電路，包括輸入過壓、欠壓保護， 電路如圖2所示。過壓、欠壓保護的實現(xiàn)電路是類似的，過壓電路的輸入電壓經(jīng)過分壓后送 到比較器的反相端，比較器的同相端接給定電壓，而欠壓電路則正相反，欠壓電路的輸入電 壓經(jīng)過分壓后送到比較器的同相端，比較器的反相端接給定電壓，他們的區(qū)別在于比較器 的輸出不同，即輸入過壓時，比較器輸出低電平；輸入欠壓時，比較器輸出高電平。兩種保護 電路的輸出經(jīng)過集成運放的運算后，即只要有一種故障發(fā)生，得到的故障信號就是高電平， 通過隔離的光藕TLP521送到FPGA的外中斷端口進行相應的處理； 3)、電路保護監(jiān)測電路還設有IGBT溫度檢測電路，通過一個檢測芯片LM35發(fā)出隨 溫度變化得電壓信號與基準電壓相比較； 4)、電路保護監(jiān)測電路檢測IGBT的通斷狀態(tài)，IGBT通斷信號都引入FPGA， 一旦出 現(xiàn)故障則發(fā)出故障顯示，并將故障信息上傳給上級主控單元； 5) 、 FPGA設有信號合成電路和死區(qū)分配電路，實現(xiàn)IGBT的死區(qū)與信號合成，在處 理各種輸入信號時，設置死區(qū)門檻，通訊校驗糾錯，提高系統(tǒng)可靠性； 6)、電源模塊電源模塊主回路如圖3所示，主回路開關管選用電壓驅(qū)動型CMOS管 2SK1317，耐壓等級為1500V。與傳統(tǒng)的反激自激式開關電源中的晶體管相比，具有頻率大， 驅(qū)動控制簡單，驅(qū)動功率小的優(yōu)點。為了減小開關管的開關應力，設計了與原邊電感并聯(lián)的 RC緩沖器，吸收關斷過電壓的能量。為了滿足輸出低紋波的要求，輸出采用多級電容濾波。 在一般單晶體管反激變換器中，在管子關斷時，開關晶體管的集電極可能傳承受3-4倍于 輸入電壓Vi的電壓，這種情況對于晶體管的耐壓要求就很苛刻，因此在這種情況下可以采 用如圖所示的雙晶體管反激變換器。 本實用新型在PCB電路板上實現(xiàn)，其可靠性設計除了在原理設計時考慮以外，在
印制板設計過程中同樣考慮可靠性。 1)、布局 首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后.再確定特
殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。 2)、布線 布線的原則如下； (1)輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。 (2)印制攝導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電 流值決定。
權利要求中高壓變頻器IGBT驅(qū)動電路，其特征是包括電源模塊，可編程邏輯器件FPGA、電路保護監(jiān)測電路、光電隔離模塊和功率放大電路，電源模塊、電路保護監(jiān)測電路的輸出連接FPGA，F(xiàn)PGA的輸出經(jīng)光電隔離模塊和功率放大電路連接至IGBT。
2. 根據(jù)權利要求1所述的中高壓變頻器IGBT驅(qū)動電路，其特征是電路保護監(jiān)測電路包括IGBT過壓、欠壓保護保護電路，IGBT溫度檢測電路，IGBT的通斷狀態(tài)檢測電路。
專利摘要中高壓變頻器IGBT驅(qū)動電路，包括電源模塊，可編程邏輯器件FPGA、電路保護監(jiān)測電路、光電隔離模塊和功率放大電路，電源模塊、電路保護監(jiān)測電路的輸出連接FPGA，F(xiàn)PGA的輸出經(jīng)光電隔離模塊和功率放大電路連接至IGBT。本實用新型適用于大功率、高耐壓IGBT模塊串、并聯(lián)電路的驅(qū)動和保護。通過光纖傳輸驅(qū)動及狀態(tài)識別信號，進行高壓隔離傳輸，具有良好的抗電磁干擾性能和較大的驅(qū)動電流，適用于高壓大功率場合；實現(xiàn)了IGBT的過流和短路保護電路，以及信號反饋檢測功能。本實用新型實用可靠，工藝細致，在驅(qū)動波形正、反偏，保護等方面都滿足IGBT的驅(qū)動要求，是一種性能優(yōu)異、成熟的驅(qū)動電路。
文檔編號H02M1/088GK201478999SQ20092023281
公開日2010年5月19日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權日2009年7月22日
發(fā)明者衛(wèi)昌宏, 徐衛(wèi)東, 陶桂洪 申請人:南京同步科技有限公司