一种电力机车用变流器的igbt驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电力机车用变流器的IGBT驱动电路，该IGBT驱动电路能够通过电源电压隔离、控制信号隔离和状态反馈信号隔离实现高压侧与低压侧的完全隔离，并采用IGBT过压过流保护电路、正电压保护电路、负电压保护电路和门极保护电路实施进一步的线路保护，从而不仅能够保障IGBT变流器安全可靠地运行，而且能够良好适应电力机车上的复杂环境。同时，该IGBT驱动电路能够对稳压二极管、双向瞬态电压抑制二极管和四雪崩二极管进行灵活选型，从而灵活适应电力机车的不同应用场景对线路保护能力的需求；还能够对第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4和第一适配板电容CA1进行灵活选型，从而灵活适应电力机车的不同应用场景对IGBT驱动能力的需求。
【专利说明】—种电力机车用变流器的IGBT驱动电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力机车领域，尤其涉及一种电力机车用变流器的IGBT驱动电路。
【背景技术】
[0002]目前，我国所生产的HXD1、HXD2、HXD1B、HXD2B等型号的重载交流传动电力机车都是采用基于IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)的变流器(本申请文件中称为IGBT变流器)。IGBT驱动电路是配合IGBT应用的关键技术，它的性能直接决定了 IGBT变流器的整体性能，因此在应用IGBT变流器的电力机车上，IGBT驱动电路的性能直接关系到整个电力机车的安全性和可靠性。
[0003]在电压为3300V甚至更高的电力机车上，由于电压过高，因此需要使用大功率IGBT来构建IGBT变流器；为了保证这种IGBT变流器能够安全可靠地运行，配合大功率IGBT使用的IGBT驱动电路不仅需要具有良好的驱动能力，而且需要在电力机车的复杂恶劣环境中保持极强的安全性和可靠性。
[0004]在现有技术中，广泛使用的IGBT驱动电路是可以通过商业手段获得的独立集成驱动芯片；这种集成驱动芯片不仅驱动能力有限，而且很难实现对线路中的参数进行灵活调节，因此这种独立集成驱动芯片无法满足电力机车在不同应用场景下对IGBT驱动电路的驱动能力和线路保护能力进行灵活调节的需求；另一方面，由于电力机车上的电磁环境十分恶劣，而独立集成驱动芯片很容易会受到电磁干扰发生故障，因此现有技术中的独立集成驱动芯片无法在电力机车的复杂环境下保证IGBT变流器能够安全可靠运行。
【发明内容】
[0005]本实用新型的主要目的是提供一种电力机车用变流器的IGBT驱动电路，不仅能够良好地适应电力机车上复杂恶劣的运行环境，而且能够保障IGBT变流器安全可靠地运行，同时还能够在电力机车的不同应用场景灵活调节驱动能力和线路保护能力，因而有力地保证了电力机车的安全性和可靠性。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种电力机车用变流器的IGBT驱动电路，连接在电力机车主控单元与变流器的绝缘栅双极型晶体管IGBT之间，包括:电源电路、控制信号隔离电路、状态反馈隔离电路、保护电路、主控逻辑电路、驱动放大电路和门极保护电路；
[0008]电源电路包括第一脉冲变压器Tl和电源整流电路；第一脉冲变压器Tl的输入端与电力机车主控单元电连接，并接收电力机车主控单元发送的24V方波脉冲；第一脉冲变压器Tl的输出端与电源整流电路电连接，并通过电源整流电路的第一低压侧电源输出端VYl和第二低压侧电源输出端VY2输出该IGBT驱动电路的低压侧使用的电源电压，同时通过电源整流电路的第一高压侧电源输出端V2P+、第二高压侧电源输出端V2P-和第三高压侧电源输出端VC2输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的电源电压，从而实现了电源供电在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；电源整流电路分别与控制信号隔离电路、状态反馈隔离电路、保护电路和主控逻辑电路电连接；
[0009]控制信号隔离电路包括控制信号隔离电路低压侧和控制信号隔离电路高压侧；控制信号隔离电路低压侧的输入端与电力机车主控单元电连接，并接收电力机车主控单元发送的控制信号；控制信号隔离电路低压侧的输出端通过光纤与控制信号隔离电路高压侧的输入端电连接，并将电力机车主控单元发送的控制信号传输给控制信号隔离电路高压侧，从而实现了控制信号在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；控制信号隔离电路高压侧的输出端与主控逻辑电路电连接，并将电力机车主控单元发送的控制信号传输给主控逻辑电路；
[0010]状态反馈隔离电路包括状态反馈隔离电路低压侧和状态反馈隔离电路高压侧；状态反馈隔离电路高压侧的输入端与主控逻辑电路电连接，并接收主控逻辑电路发送的状态反馈信号；状态反馈隔离电路高压侧的输出端通过光纤与状态反馈隔离电路低压侧的输入端电连接，并将主控逻辑电路发送的状态反馈信号传输给状态反馈隔离电路低压侧，从而实现了状态反馈信号在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；状态反馈隔离电路低压侧与电力机车主控单元电连接，并将主控逻辑电路发送的状态反馈信号传输给电力机车主控单元；
[0011]保护电路包括IGBT过压过流保护电路、正电压保护电路和负电压保护电路；IGBT过压过流保护电路分别与IGBT的集电极C和主控逻辑电路电连接，并在IGBT的集电极C出现过压或短路时，向主控逻辑电路发送IGBT过压过流故障信号；正电压保护电路分别与第一高压侧电源输出端V2P+和主控逻辑电路电连接，并在第一高压侧电源输出端V2P+的输出电压出现故障时，向主控逻辑电路发 送正电压故障信号；负电压保护电路分别与第二高压侧电源输出端V2P-和主控逻辑电路电连接，并在第二高压侧电源输出端V2P-的输出电压出现故障时，向主控逻辑电路发送负电压故障信号；
[0012]主控逻辑电路与驱动放大电路电连接，驱动放大电路通过门极保护电路与IGBT的门极G电连接；主控逻辑电路输出的控制信号依次通过驱动放大电路和门极保护电路后进入到IGBT的门极G ；IGBT的发射极E接地。
[0013]优选地，所述的IGBT过压过流保护电路包括:第三四雪崩二极管V34、第三二雪崩二极管V32、第二六电阻R26、第三一稳压二极管V31、第二七电阻R27、第三零三极管V30、第二四电阻R24、第二五电阻R25、第三三二极管V33、第二九电阻R29、第三零电阻R30和第一^t 电容 C17 ；
[0014]IGBT的集电极C与第三四雪崩二极管V34的阴极电连接，第三四雪崩二极管V34的阳极与第三二雪崩二极管V32的阴极电连接，第三二雪崩二极管V32的阳极通过第二六电阻R26与第三一稳压二极管V31的阴极电连接，第三一稳压二极管V31的阳极通过第二七电阻R27与第三零三极管V30的基极电连接，第三零三极管V30的集电极与主控逻辑电路的IGBT过压短路保护输入端电连接，第三零三极管V30的发射极接地；
[0015]第二四电阻R24的一端与第三零三极管V30的集电极电连接，其另一端与第一高压侧电源输出端V2P+电连接；
[0016]第二五电阻R25的一端与第三一稳压二极管V31的阴极电连接,其另一端与第一高压侧电源输出端V2P+电连接；[0017]第三三二极管V33的阳极接地，第三三二极管V33的阴极与第三一稳压二极管V31的阴极电连接；
[0018]第二九电阻R29的一端接地，其另一端与第三一稳压二极管V31的阳极电连接；
[0019]第三零电阻R30与第一七电容C17相并联，从而形成两个并联节点，其中一个并联节点与第三零三极管V30的发射极电连接，另一个并联节点与第三零三极管V30的基极电连接。
[0020]优选地，所述的正电压保护电路包括:第三八三极管V38、第三九稳压二极管V39、第三六电阻R36、第三三电阻R33和第三七电阻R37 ；
[0021]第三八三极管V38的集电极与主控逻辑电路的正电压保护输入端电连接，第三八三极管V38的发射极与第一高压侧电源输出端V2P+电连接，第三八三极管V38的基极与第三九稳压二极管V39的阴极电连接，第三九稳压二极管V39的阳极通过第三六电阻R36接地；
[0022]第三三电阻R33的一端接地，其另一端与第三八三极管V38的集电极电连接；
[0023]第三七电阻R37的一端与第三八三极管V38的发射极电连接，另一端与第三八三极管V38的基极电连接。
[0024]优选地，所述的负电压保护电路包括:第三五三极管V35、第三六稳压二极管V36、第三四电阻R34、第三二电阻R32、第三一电阻R31、第三七二极管V37和第三五电阻R35 ；
[0025]第三五三极管V35的发射极与第二高压侧电源输出端V2P-电连接，第三五三极管V35的基极与第三六稳压二极管V36的阳极电连接，第三六稳压二极管V36的阴极通过第三四电阻R34接地，第三五三极管V35的集电极通过第三二电阻R32与主控逻辑电路的负电压保护输入端电连接；
[0026]第三一电阻R31的一端与第一高压侧电源输出端V2P+电连接，其另一端通过第三二电阻R32与第三五三极管V35的集电极电连接；
[0027]第三七二极管V37的阳极接地，第三七二极管V37的阴极通过第三二电阻R32与第三五三极管V35的集电极电连接；
[0028]第三五电阻R35的一端与第三五三极管V35的基极电连接，其另一端与第三五三极管V35的发射极电连接。
[0029]优选地，所述的驱动放大电路包括:第三MOS管驱动芯片U3、第一八电容C18、第四零二极管V40、第三八电阻R38、第四一电阻R41、第四一 PMOS管V41、第四MOS管驱动芯片U4、第一九电容C19、第四零电阻R40、第四二稳压二极管V42、第四三二极管V43、第四二电阻R42、第四三电阻R43、第四四NMOS管V44、第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4、第一适配板电阻RAl和第一适配板电容CAl ；
[0030]第三MOS管驱动芯片U3的第一信号输入引脚和接地输入引脚均接地；第三MOS管驱动芯片U3的电源电压输入引脚与第一高压侧电源输出端V2P+和第一八电容C18的一端电连接，第一八电容C18的另一端接地；
[0031]第三MOS管驱动芯片U3的第二信号输入引脚与主控逻辑电路的控制信号输出端电连接，第三MOS管驱动芯片U3的第二信号输出引脚与第四零二极管V40的阳极电连接，第四零二极管V40的阴极通过第三八电阻R38与第四一 PMOS管V41的栅极电连接，第四一PMOS管V41的源极与第一高压侧电源输出端V2P+电连接，第四一 PMOS管V41的漏极与第二适配板电阻RA2的一端电连接；
[0032]第四一电阻R41的一端与第四零二极管V40的阳极电连接，其另一端与第四一PMOS管V41的栅极电连接；
[0033]第四MOS管驱动芯片U4的电源电压输入引脚接地；第四MOS管驱动芯片U4的第一信号输入引脚和接地输入引脚并联后，与第二高压侧电源输出端V2P-和第一九电容C19的一端电连接，第一九电容C19的另一端接地；
[0034]第四MOS管驱动芯片U4的第二信号输入引脚分别与第四零电阻R40的一端和第四二稳压二极管V42的阳极电连接，第四零电阻R40的另一端与第二高压侧电源输出端V2P-电连接，第四二稳压二极管V42的阴极与第三MOS管驱动芯片U3的第二信号输出引脚电连接；第四MOS管驱动芯片U4的第二信号输出引脚与第四三二极管V43的阴极电连接，第四三二极管V43的阳极通过第四二电阻R42与第四四NMOS管V44的栅极电连接，第四四NMOS管V44的源极与第二高压侧电源输出端V2P-电连接，第四四NMOS管V44的漏极与第四适配板电阻RA4的一端电连接；
[0035]第四三电阻R43的一端与第四三二极管V43的阴极电连接，其另一端与第四四NMOS管V44的栅极电连接；
[0036]第二适配板电阻RA2的另一端与第四适配板电阻RA4的另一端电连接，并且在与第一适配板电阻RAl的一端和第一适配板电容CAl的一端电连接后,作为驱动放大电路的IGBT门极驱动线输出；
[0037]第一适配板电阻RAl的另一端和第一适配板电容CAl的另一端电连接，并且在接地后，作为驱动放大电路的IGBT发射极驱动线输出。
[0038]优选地，所述的门极保护电路包括双向瞬态电压抑制二极管VAl ;该双向瞬态电压抑制二极管VAl并联在驱动放大电路输出的IGBT门极驱动线和IGBT发射极驱动线之间；
[0039]驱动放大电路输出的IGBT门极驱动线在与双向瞬态电压抑制二极管VAl的一端电连接后，与IGBT的门极G电连接；
[0040]驱动放大电路输出的IGBT发射极驱动线在与双向瞬态电压抑制二极管VAl的另一端电连接后，与IGBT的发射极E电连接。
[0041]优选地，所述的门极保护电路以及驱动放大电路的第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4、第一适配板电阻RAl和第一适配板电容CAl均设置于驱动适配板上；
[0042]所述的驱动放大电路包括由第一接线端子X1-1、第二接线端子)(1-2和第三接线端子X1-3构成的驱动适配板接口 ；
[0043]第一接线端子)(1-1与第四一 PMOS管V41的漏极电连接；第二接线端子)(1-2与第四四NMOS管V44的漏极电连接；第三接线端子)(1-3接地；
[0044]在驱动适配板上，对应第一接线端子)(1-1的接口线与第二适配板电阻RA2的一端电连接，对应第二接线端子)(1-2的接口线与第四适配板电阻RA4的一端电连接，对应第三接线端子)(1-3的接口线与第一适配板电阻RAl的接地一端和第一适配板电容CAl的接地
一端电连接。
[0045]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例所提供的电力机车用变流器的IGBT驱动电路通过电源电压隔离、控制信号隔离和状态反馈信号隔离实现了该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧的完全隔离，并且设置了 IGBT过压过流保护电路、正电压保护电路、负电压保护电路和门极保护电路，从而使该IGBT驱动电路能够良好地适应电力机车上复杂恶劣的运行环境，并能保障IGBT变流器安全可靠地运行。同时，该IGBT驱动电路能够对第三九稳压二极管V39、第三六稳压二极管V36、双向瞬态电压抑制二极管VA1、第三四雪崩二极管V34、第三二雪崩二极管V32和第三一稳压二极管V31进行灵活选型，从而使该IGBT驱动电路能够适应电力机车的不同应用场景对线路保护能力的需求；该IGBT驱动电路还能够对第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4和第一适配板电容CAl进行灵活选型，从而使该IGBT驱动电路能够适应电力机车的不同应用场景对IGBT驱动能力的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0047]图1为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构示意图一；
[0048]图2为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构示意图二 ；
[0049]图3为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构不意图二 ；
[0050]图4为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构示意图四；
[0051]图5为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构示意图五；
[0052]图6为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构示意图六；
[0053]图7为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构示意图七；
[0054]图8为本实用新型实施例提供的IGBT驱动电路的结构示意图八。
【具体实施方式】
[0055]下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0056]首先需要说明的是，本实用新型所提供的电力机车用变流器的IGBT驱动电路主要适用于电压为3300V甚至更高的电力机车。下面开始对该IGBT驱动电路进行详细描述。
[0057]如图1至图8所示，一种电力机车用变流器的IGBT驱动电路，连接在电力机车主控单元与变流器的IGBT之间，其具体结构可以包括:电源电路、控制信号隔离电路、状态反馈隔离电路、保护电路、主控逻辑电路、驱动放大电路和门极保护电路；
[0058]电力机车主控单元输出的控制信号依次经过控制信号隔离电路、主控逻辑电路、驱动放大电路和门极保护电路后，进入到IGBT的门极G ；IGBT的发射极E接地；IGBT的集电极C通过保护电路与主控逻辑电路电连接；主控逻辑电路的状态反馈信号通过状态反馈隔离电路反馈给电力机车主控单元；电源电路电源整流电路分别与控制信号隔离电路、状态反馈隔离电路、保护电路和主控逻辑电路电连接。[0059]具体地，该IGBT驱动电路的各组成部件的具体实施方案可以包括:
[0060](I)电源电路:如图2所示，该电源电路可以包括第一脉冲变压器Tl和电源整流电路；第一脉冲变压器Tl的输入端与电力机车主控单元电连接，并接收电力机车主控单元发送的24V方波脉冲(该方波脉冲的频率通常为35kHz);第一脉冲变压器Tl的输出端与电源整流电路电连接，并通过电源整流电路的第一低压侧电源输出端VYl和第二低压侧电源输出端VY2输出该IGBT驱动电路的低压侧使用的电源电压，同时通过电源整流电路的第一高压侧电源输出端V2P+、第二高压侧电源输出端V2P-和第三高压侧电源输出端VC2输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的电源电压，从而实现了电源供电在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；电源整流电路分别与控制信号隔离电路、状态反馈隔离电路、保护电路和主控逻辑电路电连接。
[0061]其中，第一脉冲变压器Tl可以采用一个三绕组脉冲变压器，能够将电力机车主控单兀发送的24V方波脉冲转换成三路电源输出；每一路电源输出对应第一脉冲变压器Tl上的两个电源输出引脚，例如:在图2中，第一脉冲变压器Tl的第8、9引脚对应第一路电源输出，第一脉冲变压器Tl的第4、6引脚对应第二路电源输出，第一脉冲变压器Tl的第3、5引脚对应第三路电源输出。
[0062]电源整流电路可以包括低压侧电源整流电路、第一高压侧电源整流电路和第二高压侧电源整流电路；低压侧电源整流电路可以与第一脉冲变压器Tl的第一路电源输出电连接，并提供第一低压侧电源输出端VYl和第二低压侧电源输出端VY2来输出该IGBT驱动电路的低压侧使用的电源电压；第一高压侧电源整流电路可以与第一脉冲变压器Tl的第二路电源输出电连接，并提供第一高压侧电源输出端V2P+和第三高压侧电源输出端VC2来输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的电源电压；第二高压侧电源整流电路可以与第一脉冲变压器Tl的第三路电源输出电连接，并提供第三高压侧电源输出端VC2来输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的电源电压；这几个电源输出端可以输出如下的电源电压:
[0063]第一低压侧电源输出端VYl输出该IGBT驱动电路的低压侧使用的+15V电源电压；
[0064]第二低压侧电源输出端VY2输出该IGBT驱动电路的低压侧使用的+5V电源电压；
[0065]第一高压侧电源输出端V2P+输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的+15V电源电压；
[0066]第二高压侧电源输出端V2P-输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的-15V电源电压；
[0067]第三高压侧电源输出端VC2输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的5V电源电压。
[0068]在实际应用中，第三高压侧电源输出端VC2主要用于为该IGBT驱动电路中的半导体器件及逻辑门器件提供电源，由于这属于本领域的公知常识，因此本申请文件的附图中省略相关部分，文字说明中也不再赘述。低压侧电源整流电路、第一高压侧电源整流电路和第二高压侧电源整流电路可以采用现有技术中的本领域公知的整流电路，也可以采用如图2中所示的电路，但最好采用如图2中所示的电路，以保障电源整流电路具有良好的整流能力、抗干扰能力和安全可靠的运行能力。
[0069]由此可见，电力机车主控单元发送的24V方波脉冲通过第一脉冲变压器Tl和不同的整流电路实现了电源供电在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间有效隔离，因此IGBT(或该IGBT驱动电路的高压侧)产生的大电压、大电流不会通过供电线路干扰到该IGBT驱动电路的低压侧以及与该IGBT驱动电路连接的电力机车主控单元，从而有效避免了对电力机车主控单元造成损伤，有力地保障了电力机车主控部分能够不受IGBT大电流、大电压的干扰而安全可靠运行。
[0070](2)控制信号隔离电路:如图3和图5所示，该控制信号隔离电路可以包括控制信号隔离电路低压侧和控制信号隔离电路高压侧；控制信号隔离电路低压侧的输入端与电力机车主控单元电连接，并接收电力机车主控单元发送的控制信号；控制信号隔离电路低压侧的输出端通过光纤与控制信号隔离电路高压侧的输入端电连接，并将电力机车主控单元发送的控制信号传输给控制信号隔离电路高压侧，从而实现了控制信号在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；控制信号隔离电路高压侧的输出端与主控逻辑电路电连接，并将电力机车主控单元发送的控制信号传输给主控逻辑电路。
[0071]其中，控制信号隔离电路低压侧可以包括第一光纤发射器V4 ;控制信号隔离电路高压侧可以包括第一光纤接收器V6 ;第一光纤发射器V4可以通过光纤将控制信号发送给第一光纤接收器V6，这不仅能够保障控制信号正常传输，而且使IGBT (或该IGBT驱动电路的高压侧)产生的大电压、大电流不会通过控制信号传输线路干扰到该IGBT驱动电路的低压侧以及与该IGBT驱动电路连接的电力机车主控单元，从而有效避免了对电力机车主控单元造成损伤，有力地保障了电力机车主控部分能够不受IGBT大电流、大电压的干扰而安全可靠运行。
[0072]在实际应用中，控制信号隔离电路低压侧和控制信号隔离电路高压侧可以采用现有技术中的本领域公知的光纤发送接收电路，也可以采用如图3和图5中所示的电路，但最好采用如图3和图5中所示的电路，以保障该控制信号隔离电路具有良好的信号传输能力、抗干扰能力和安全可靠的运行能力。
[0073](3)状态反馈隔离电路:如图4和图5所示，该状态反馈隔离电路可以包括状态反馈隔离电路低压侧和状态反馈隔离电路高压侧；状态反馈隔离电路高压侧的输入端与主控逻辑电路电连接，并接收主控逻辑电路发送的状态反馈信号；状态反馈隔离电路高压侧的输出端通过光纤与状态反馈隔离电路低压侧的输入端电连接，并将主控逻辑电路发送的状态反馈信号传输给状态反馈隔离电路低压侧，从而实现了状态反馈信号在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；状态反馈隔离电路低压侧与电力机车主控单元电连接，并将主控逻辑电路发送的状态反馈信号传输给电力机车主控单元。
[0074]其中，状态反馈隔离电路高压侧可以包括第二光纤发射器V15 ;状态反馈隔离电路低压侧可以包括第二光纤接收器V2 ;第二光纤发射器V15通过光纤将状态反馈信号发送给第二光纤接收器V2，这不仅能够保障状态反馈信号正常传输，而且能够使IGBT (或该IGBT驱动电路的高压侧)产生的大电压、大电流不会通过状态反馈信号传输线路干扰到该IGBT驱动电路的低压侧以及与该IGBT驱动电路连接的电力机车主控单元，从而有效避免了对电力机车主控单元造成损伤，有力地保障了电力机车主控部分能够不受IGBT大电流、大电压的干扰而安全可靠运行。
[0075]在实际应用中，状态反馈隔离电路低压侧和状态反馈隔离电路高压侧可以采用现有技术中的本领域公知的光纤发送接收电路，也可以采用如图4和图5中所示的电路，但最好采用如图4和图5中所示的电路，以保障该状态反馈隔离电路具有良好的信号传输能力、抗干扰能力和安全可靠的运行能力。
[0076]( 4 )主控逻辑电路:该主控逻辑电路可以与驱动放大电路电连接，驱动放大电路通过门极保护电路与IGBT的门极G电连接；主控逻辑电路输出的控制信号依次通过驱动放大电路和门极保护电路后进入到IGBT的门极G ；IGBT的发射极E接地。
[0077]其中，主控逻辑电路可以采用现有技术中电力机车上的IGBT驱动电路所使用的主控逻辑电路，例如:可以采用以安森美(ON)的与非门MC14093和MC14023为核心搭建的逻辑门电路；由于这部分电路为现有技术内容，并且不是本实用新型的发明点，因此本申请文件中不做赘述。
[0078](5)保护电路:如图6所示，该保护电路可以包括:IGBT过压过流保护电路、正电压保护电路和负电压保护电路；IGBT过压过流保护电路分别与IGBT的集电极C和主控逻辑电路电连接，并在IGBT的集电极C出现过压或短路时，向主控逻辑电路发送IGBT过压过流故障信号；正电压保护电路分别与第一高压侧电源输出端V2P+和主控逻辑电路电连接，并在第一高压侧电源输出端V2P+的输出电压出现故障时，向主控逻辑电路发送正电压故障信号；负电压保护电路分别与第二高压侧电源输出端V2P-和主控逻辑电路电连接，并在第二高压侧电源输出端V2P-的输出电压出现故障时，向主控逻辑电路发送负电压故障信号。
[0079]其中，这三个保护电路的具体实施方案可以包括:
[0080]①正电压保护电路:该正电压保护电路可以包括:第三八三极管V38、第三九稳压二极管V39、第三六电阻R36、第三三电阻R33和第三七电阻R37 ;第三八三极管V38的集电极与主控逻辑电路的正电压保护输入端电连接，第三八三极管V38的发射极与第一高压侧电源输出端V2P+电连接，第三八三极管V38的基极与第三九稳压二极管V39的阴极电连接，第三九稳压二极管V39的阳极通过第三六电阻R36接地；第三三电阻R33的一端接地，其另一端与第三八三极管V38的集电极电连接；第三七电阻R37的一端与第三八三极管V38的发射极电连接，另一端与第三八三极管V38的基极电连接。
[0081]具体而言，IGBT的导通和关断对于IGBT的门极G的电压有明确的要求，如果电压不符合要求可能造成IGBT损坏；该正电压保护电路主要以第三八三极管V38和第三九稳压二极管V39为核心搭建而成；正常情况下，第一高压侧电源输出端V2P+输出的电源电压会使第三九稳压二极管V39两端的电压差低于第三九稳压二极管V39的反向导通阀值，第三九稳压二极管V39处于正向导通状态，第三八三极管V38处于截止状态，该正电压保护电路输出给主控逻辑电路的是低电平；当第一高压侧电源输出端V2P+输出的电源电压使第三九稳压二极管V39两端的电压差高于第三九稳压二极管V39的反向导通阀值时，第三九稳压二极管V39反向导通，第三八三极管V38导通，该正电压保护电路输出给主控逻辑电路的变为高电平；主控逻辑电路的正电压保护输入端将高电平作为正电压故障信号，主控逻辑电路对该正电压故障信号进行处理，并通过状态反馈隔离电路反馈到电力机车主控单元，从而使IGBT和该IGBT驱动电路不会受到正电压过高的影响，保障了 IGBT变流器能够不受正电压过高影响而安全可靠运行。由此可见，第一高压侧电源输出端V2P+输出的电源电压是否会使正电压保护电路输出高电平，主要取决于第三九稳压二极管V39的阀值，因此通过将第三九稳压二极管V39更换成不同阀值的稳压二极管，可以使该正电压保护电路具有不同级别的正电压保护能力，从而可以使该IGBT驱动电路适应电力机车的不同应用场景对正电压保护的需求。[0082]②负电压保护电路:该负电压保护电路可以包括:第三五三极管V35、第三六稳压二极管V36、第三四电阻R34、第三二电阻R32、第三一电阻R31、第三七二极管V37和第三五电阻R35 ;第三五三极管V35的发射极与第二高压侧电源输出端V2P-电连接，第三五三极管V35的基极与第三六稳压二极管V36的阳极电连接，第三六稳压二极管V36的阴极通过第三四电阻R34接地，第三五三极管V35的集电极通过第三二电阻R32与主控逻辑电路的负电压保护输入端电连接；第三一电阻R31的一端与第一高压侧电源输出端V2P+电连接，其另一端通过第三二电阻R32与第三五三极管V35的集电极电连接；第三七二极管V37的阳极接地，第三七二极管V37的阴极通过第三二电阻R32与第三五三极管V35的集电极电连接；第三五电阻R35的一端与第三五三极管V35的基极电连接，其另一端与第三五三极管V35的发射极电连接。
[0083]具体而言，IGBT的导通和关断对于IGBT的门极G的电压有明确的要求，如果电压不符合要求可能造成IGBT损坏；该负电压保护电路主要以第三五三极管V35和第三六稳压二极管V36为核心搭建而成；正常情况下，第二高压侧电源输出端V2P-输出的电源电压会使第三六稳压二极管V36两端的电压差低于第三六稳压二极管V36的反向导通阀值，第三五三极管V35处于截止状态，该负电压保护电路输出给主控逻辑电路的是高电平；当第二高压侧电源输出端V2P-输出的电源电压使第三六稳压二极管V36两端的电压差高于第三六稳压二极管V36的反向导通阀值时，第三六稳压二极管V36反向导通，第三五三极管V35导通，该负电压保护电路输出给主控逻辑电路的变为低电平；主控逻辑电路的负电压保护输入端将低电平作为负电压故障信号，主控逻辑电路对该负电压故障信号进行处理，并通过状态反馈隔离电路反馈到电力机车主控单元，从而使IGBT和该IGBT驱动电路不会受到负电压过低的影响，保障了 IGBT变流器能够不受负电压过高影响而安全可靠运行。由此可见，第二高压侧电源输出端V2P-输出的电源电压是否会使负电压保护电路输出低电平，主要取决于第三六稳压二极管V36的阀值，因此通过将第三六稳压二极管V36更换成不同阀值的稳压二极管，可以使该负电压保护电路具有不同级别的负电压保护能力，从而可以使该IGBT驱动电路适应电力机车的不同应用场景对负电压保护的需求。
[0084]③IGBT过压过流保护电路:该IGBT过压过流保护电路可以包括:第三四雪崩二极管V34、第三二雪崩二极管V32、第二六电阻R26、第三一稳压二极管V31、第二七电阻R27、第三零三极管V30、第二四电阻R24、第二五电阻R25、第三三二极管V33、第二九电阻R29、第三零电阻R30和第一七电容C17 ；IGBT的集电极C与第三四雪崩二极管V34的阴极电连接，第三四雪崩二极管V34的阳极与第三二雪崩二极管V32的阴极电连接，第三二雪崩二极管V32的阳极通过第二六电阻R26与第三一稳压二极管V31的阴极电连接，第三一稳压二极管V31的阳极通过第二七电阻R27与第三零三极管V30的基极电连接，第三零三极管V30的集电极与主控逻辑电路的IGBT过压短路保护输入端电连接，第三零三极管V30的发射极接地；第二四电阻R24的一端与第三零三极管V30的集电极电连接，其另一端与第一高压侧电源输出端V2P+电连接；第二五电阻R25的一端与第三一稳压二极管V31的阴极电连接，其另一端与第一高压侧电源输出端V2P+电连接；第三三二极管V33的阳极接地，第三三二极管V33的阴极与第三一稳压二极管V31的阴极电连接；第二九电阻R29的一端接地，其另一端与第三一稳压二极管V31的阳极电连接；第三零电阻R30与第一七电容C17相并联，从而形成两个并联节点，其中一个并联节点与第三零三极管V30的发射极电连接，另一个并联节点与第三零三极管V30的基极电连接。
[0085]具体而言，该IGBT过压过流保护电路主要以第三四雪崩二极管V34、第三二雪崩二极管V32、第二六电阻R26、第三一稳压二极管V31和第三零三极管V30为核心搭建而成；通过对第三四雪崩二极管V34和第三二雪崩二极管V32进行选型可以调整该保护电路的过压保护阀值，通过对第二六电阻R26和第三一稳压二极管V31进行选型可以调整该保护电路的短路保护阀值。正常情况下，第三零三极管V30处于截止状态，该IGBT过压过流保护电路输出给主控逻辑电路的是高电平；当IGBT的集电极C的电压过高击穿第三四雪崩二极管V34和第三二雪崩二极管V32时，或者当IGBT因短路而出现“退饱和”现象，并使IGBT的集电极C和发射极E之间的电压变化到设定短路保护阀值时，第三零三极管V30导通，该IGBT过压过流保护电路输出给主控逻辑电路的是低电平；主控逻辑电路的IGBT过压短路保护输入端将低电平作为IGBT过压过流故障信号，主控逻辑电路根据该IGBT过压过流故障信号封锁IGBT的触发脉冲，并通过状态反馈隔离电路反馈到电力机车主控单元，从而使IGBT进入关断状态，以保障IGBT不会受到IGBT过压或短路的影响而损坏，进而提升了电力机车用IGBT变流器的安全性和可靠性。由此可见，通过对第三四雪崩二极管V34、第三二雪崩二极管V32、第二六电阻R26和第三一稳压二极管V31进行选型可以使该IGBT过压过流保护电路具备不同级别的过压保护和短路保护能力，因此可以使该IGBT驱动电路适应电力机车的不同应用场景对IGBT过压保护和短路保护的需求。
[0086](6)驱动放大电路:如图7和图8所示，该驱动放大电路可以包括:第三MOS管驱动芯片U3、第一八电容C18、第四零二极管V40、第三八电阻R38、第四一电阻R41、第四一 PMOS管V41、第四MOS管驱动芯片U4、第一九电容C19、第四零电阻R40、第四二稳压二极管V42、第四三二极管V43、第四二电阻R42、第四三电阻R43、第四四NMOS管V44、第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4、第一适配板电阻RAl和第一适配板电容CAl ；
[0087]第三MOS管驱动芯片U3的第一信号输入引脚和接地输入引脚均接地；第三MOS管驱动芯片U3的电源电压输入引脚与第一高压侧电源输出端V2P+和第一八电容C18的一端电连接，第一八电容C18的另一端接地；第三MOS管驱动芯片U3的第二信号输入引脚与主控逻辑电路的控制信号输出端电连接，第三MOS管驱动芯片U3的第二信号输出引脚与第四零二极管V40的阳极电连接，第四零二极管V40的阴极通过第三八电阻R38与第四一 PMOS管V41的栅极电连接，第四一 PMOS管V41的源极与第一高压侧电源输出端V2P+电连接，第四一 PMOS管V41的漏极与第二适配板电阻RA2的一端电连接；第四一电阻R41的一端与第四零二极管V40的阳极电连接，其另一端与第四一 PMOS管V41的栅极电连接；
[0088]第四MOS管驱动芯片U4的电源电压输入引脚接地；第四MOS管驱动芯片U4的第一信号输入引脚和接地输入引脚并联后，与第二高压侧电源输出端V2P-和第一九电容C19的一端电连接，第一九电容C19的另一端接地；第四MOS管驱动芯片U4的第二信号输入引脚分别与第四零电阻R40的一端和第四二稳压二极管V42的阳极电连接，第四零电阻R40的另一端与第二高压侧电源输出端V2P-电连接，第四二稳压二极管V42的阴极与第三MOS管驱动芯片U3的第二信号输出引脚电连接；第四MOS管驱动芯片U4的第二信号输出引脚与第四三二极管V43的阴极电连接，第四三二极管V43的阳极通过第四二电阻R42与第四四NMOS管V44的栅极电连接，第四四NMOS管V44的源极与第二高压侧电源输出端V2P-电连接，第四四NMOS管V44的漏极与第四适配板电阻RA4的一端电连接；第四三电阻R43的一端与第四三二极管V43的阴极电连接，其另一端与第四四NMOS管V44的栅极电连接；
[0089]第二适配板电阻RA2的另一端与第四适配板电阻RA4的另一端电连接，并且在与第一适配板电阻RAl的一端和第一适配板电容CAl的一端电连接后,作为驱动放大电路的IGBT门极驱动线输出；第一适配板电阻RAl的另一端和第一适配板电容CAl的另一端电连接，并且在接地后，作为驱动放大电路的IGBT发射极驱动线输出。
[0090]其中，主控逻辑电路输出的控制信号通过第三MOS管驱动芯片U3和第四一 PMOS管V41后放大成为+15V的导通电压，同时通过第四MOS管驱动芯片U4和第四四NMOS管V44后放大成为-15V的关断电压；+15V的导通电压流经第二适配板电阻RA2，-15V的关断电压流经第四适配板电阻RA4，通过改变第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4和第一适配板电容CAl的参数条件可以调整该驱动放大电路所输出驱动脉冲的di/dt (di/dt是指单位时间内电流变化的多少，即电流变化率)和dv/dt (dv/dt是指单位时间内电压变化的多少，即电压变化率)，从而使IGBT驱动电路能够灵活适应电力机车的不同应用场景的驱动能力需求；第一适配板电阻RAl能够使IGBT的门极G所积累的电荷得到释放，从而保证IGBT能够安全可靠的运行。
[0091](7)门极保护电路:如图8所示，该门极保护电路可以包括双向瞬态电压抑制二极管VAl ;该双向瞬态电压抑制二极管VAl并联在驱动放大电路输出的IGBT门极驱动线和IGBT发射极驱动线之间；驱动放大电路输出的IGBT门极驱动线在与双向瞬态电压抑制二极管VAl的一端电连接后，与IGBT的门极G电连接；驱动放大电路输出的IGBT发射极驱动线在与双向瞬态电压抑制二极管VAl的另一端电连接后，与IGBT的发射极E电连接。
[0092]其中，该双向瞬态电压抑制二极管VAl能够有效防止IGBT的门极G的电压尖峰损坏IGBT，从而提高了 IGBT运行的安全性和可靠性；该双向瞬态电压抑制二极管VAl的参数条件不同，对IGBT的门极G的保护能力也有所不同，因此可以根据该IGBT驱动电路的实际应用场景对该双向瞬态电压抑制二极管VAl进行灵活选型，从而使IGBT驱动电路能够灵活适应电力机车的不同应用场景对IGBT门极G的电压保护需求。
[0093](8)驱动适配板:如图7和图8所示，门极保护电路以及驱动放大电路的第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4、第一适配板电阻RAl和第一适配板电容CAl均设置于驱动适配板上；驱动放大电路可以包括由第一接线端子)(1-1、第二接线端子)(1-2和第三接线端子)(1-3构成的驱动适配板接口 ；第一接线端子)(1-1与第四一PMOS管V41的漏极电连接；第二接线端子H-2与第四四NMOS管V44的漏极电连接；第三接线端子)(1-3接地；在驱动适配板上，对应第一接线端子)(1-1的接口线与第二适配板电阻RA2的一端电连接，对应第二接线端子H-2的接口线与第四适配板电阻RA4的一端电连接，对应第三接线端子)(1-3的接口线与第一适配板电阻RAl的接地一端和第一适配板电容CAl的接地一端电连接。
[0094]其中，驱动适配板的一端可以通过双绞线与驱动适配板接口电连接，而另一端可以通过螺栓直接与IGBT连接，这样可以有效防止IGBT的电磁干扰和温升对该IGBT驱动电路的其他部分产生影响，从而可以保证该IGBT驱动电路能够安全可靠的运行。
[0095]需要说明的是，本实用新型所提供的电力机车用变流器的IGBT驱动电路中采用的二极管、三极管、NMOS管、PMOS管、电阻、电容、雪崩二极管、稳压二极管、变压器、稳压器、光纤发射器、光纤接收器等元器件均采用非集成的独立元器件，由于独立元器件的抗电磁干扰能力要远远大于集成芯片，因此本实用新型所述技术方案的抗电磁干扰能力远远强于现有技术，这使得该IGBT驱动电路能够良好地适应电力机车上复杂恶劣的运行环境，从而有力地保证了电力机车能够安全可靠运行。
[0096]进一步地，该IGBT驱动电路通过电源电压隔离、控制信号隔离和状态反馈信号隔离实现了该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧的完全隔离，保证了高压侧的大电压、大电流不会干扰到与该IGBT驱动电路的低压侧连接的电力机车主控单元；正电压保护电路和负电压保护电路能够使IGBT门级驱动导通和关断电压稳定且满足要求，保障了该IGBT驱动电路能够安全可靠运行；IGBT过压过流保护电路能够及时发现IGBT出现过压或短路现象，并通过主控逻辑电路迅速封锁IGBT的门极G的触发脉冲，从而有效避免了 IGBT的损坏；门极保护电路能够有效防止IGBT的门极G的电压尖峰损坏IGBT，从而进一步提高了 IGBT运行的安全性和可靠性；驱动适配板可以将IGBT与绝大部分IGBT驱动电路相隔离，从而可以有效防止IGBT的电磁干扰和温升对大部分IGBT驱动电路产生不良影响，保障了该IGBT驱动电路能够安全可靠运行；由此可见，该IGBT驱动电路不仅能够良好地适应电力机车上复杂恶劣的运行环境，而且能够保障IGBT变流器安全可靠地运行。
[0097]此外，在本实用新型实施例所提供的IGBT驱动电路中，通过对正电压保护电路中的第三九稳压二极管V39、负电压保护电路中的第三六稳压二极管V36、门极保护电路中的双向瞬态电压抑制二极管VAUIGBT过压过流保护电路中的第三四雪崩二极管V34、第三二雪崩二极管V32、第二六电阻R26和第三一稳压二极管V31进行灵活选型，可以使该IGBT驱动电路具有不同的线路保护能力，从而能够适应电力机车的不同应用场景对线路保护能力的需求；通过对驱动放大电路的第二适配板电阻RA2、第四适配板电阻RA4和第一适配板电容CAl进行灵活选型，可以使该IGBT驱动电路具有不同的IGBT驱动能力，从而能够适应电力机车的不同应用场景对IGBT驱动能力的需求。
[0098]综上可见，本实用新型实施例的实施不仅能够良好地适应电力机车上复杂恶劣的运行环境，而且能够保障IGBT变流器安全可靠地运行，同时还能够在电力机车的不同应用场景灵活调节驱动能力和线路保护能力，因而有力地保证了电力机车的安全性和可靠性。
[0099]为使本实用新型所提供技术方案的内容、目的和有益效果更加清楚，下面通过具体实例进行详细描述。
[0100]实施例一
[0101]如图1至图8所示，一种电力机车用变流器的IGBT驱动电路，连接在电力机车主控单元与变流器的IGBT之间，其具体结构可以采用上述技术方案。
[0102]其中，上述技术方案中所使用的元器件可以采用如下的具体实施方案:
[0103]( I)在图2所示的电路中，第一脉冲变压器Tl可以采用3个1:1绕组的变压器，隔离电压AC1000V，电感值在IOkHZ下约300uH，每个绕组的电阻值小于IOOm欧姆，工作频率为 35kHz。
[0104](2)在图2所示的电路中，第一稳压电源片Al、第二稳压电源片A2和第三稳压电源片A3可以采用意法(ST)的LD1086V，并通过搭建外围电路来获取所需的+15V和-15V电压。第一四二极管V14和第二一稳压二极管V21可以采用仙童(FAIRCHILD)的IN4733，并通过搭建外围电路来获取所需的5V电压。
[0105](3)在图3、图4和图5所示的电路中，第一光纤发射器V4和第二光纤发射器V15可以采用安华高(AVAGO)的SH1756V，第一光纤接收器V6和第二光纤接收器V2可以采用安华高(AVAGO)的SH1551/1-1V，连接光纤发射器和光纤接收器的光纤可以采用2.2mmP0F光纤，第一 MOS驱动芯片Ul可以采用TELCOM半导体的MOS驱动芯片TC428。
[0106](4)在图6所示的电路中，主控逻辑电路可以采用安森美(ON)的与非门MC14093和MC14023进行搭建；第三四雪崩二极管V34和第三二雪崩二极管V32可以采用西门康(SEMIKR0N)的 SKa3-17。
[0107](5)在图7所示的电路中，第三MOS管驱动芯片U3和第四MOS管驱动芯片U4为第一级驱动放大，可以采用TELCOM半导体的MOS驱动芯片TC428 ;第四一 PMOS管V41和第四四NMOS管V44为第二级驱动放大，第四一 PMOS管V41可以采用P型功率MOS管IRF9530，第四四NMOS管V44可以采用N型功率MOS管IRF530。
[0108](6)在图8所示的电路中，双向瞬态电压抑制二极管VAl可采用DIODES的1.5KE18CA。
[0109]具体地，该IGBT驱动电路采用TG170C的FR4板材进行电路板布线，敷铜厚度约为50um，并采用4层板进行PCB设计，以使与该IGBT驱动电路的低压侧电连接的地和与该IGBT驱动电路的高压侧电连接的地相隔离，从而取得更好的线路保护效果。
[0110]可见，本实用新型实施例的实施不仅能够良好地适应电力机车上复杂恶劣的运行环境，而且能够保障IGBT变流器安全可靠地运行，同时还能够在电力机车的不同应用场景灵活调节驱动能力和线路保护能力，因而有力地保证了电力机车的安全性和可靠性。
[0111]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种电力机车用变流器的IGBT驱动电路，连接在电力机车主控单元与变流器的绝缘栅双极型晶体管IGBT之间，其特征在于，包括:电源电路、控制信号隔离电路、状态反馈隔离电路、保护电路、主控逻辑电路、驱动放大电路和门极保护电路； 电源电路包括第一脉冲变压器(Tl)和电源整流电路；第一脉冲变压器(Tl)的输入端与电力机车主控单元电连接，并接收电力机车主控单元发送的24V方波脉冲；第一脉冲变压器(Tl)的输出端与电源整流电路电连接，并通过电源整流电路的第一低压侧电源输出端(VYl)和第二低压侧电源输出端(VY2)输出该IGBT驱动电路的低压侧使用的电源电压，同时通过电源整流电路的第一高压侧电源输出端(V2P+)、第二高压侧电源输出端(V2P-)和第三高压侧电源输出端(VC2)输出该IGBT驱动电路的高压侧使用的电源电压，从而实现了电源供电在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；电源整流电路分别与控制信号隔离电路、状态反馈隔离电路、保护电路和主控逻辑电路电连接； 控制信号隔离电路包括控制信号隔离电路低压侧和控制信号隔离电路高压侧；控制信号隔离电路低压侧的输入端与电力机车主控单元电连接，并接收电力机车主控单元发送的控制信号；控制信号隔离电路低压侧的输出端通过光纤与控制信号隔离电路高压侧的输入端电连接，并将电力机车主控单元发送的控制信号传输给控制信号隔离电路高压侧，从而实现了控制信号在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；控制信号隔离电路高压侧的输出端与主控逻辑电路电连接，并将电力机车主控单元发送的控制信号传输给主控逻辑电路； 状态反馈隔离电路包括状态反馈隔离电路低压侧和状态反馈隔离电路高压侧；状态反馈隔离电路高压侧的输入端与主控逻辑电路电连接，并接收主控逻辑电路发送的状态反馈信号；状态反馈隔离电路高压侧的输出端通过光纤与状态反馈隔离电路低压侧的输入端电连接，并将主控逻辑电路发送的状态反馈信号传输给状态反馈隔离电路低压侧，从而实现了状态反馈信号在该IGBT驱动电路的高压侧与低压侧之间相隔离；状态反馈隔离电路低压侧与电力机车主控单元电连接，并将主控逻辑电路发送的状态反馈信号传输给电力机车主控单元；` 保护电路包括IGBT过压过流保护电路、正电压保护电路和负电压保护电路；IGBT过压过流保护电路分别与IGBT的集电极(C)和主控逻辑电路电连接，并在IGBT的集电极(C)出现过压或短路时，向主控逻辑电路发送IGBT过压过流故障信号；正电压保护电路分别与第一高压侧电源输出端(V2P+)和主控逻辑电路电连接，并在第一高压侧电源输出端(V2P+)的输出电压出现故障时，向主控逻辑电路发送正电压故障信号；负电压保护电路分别与第二高压侧电源输出端(V2P-)和主控逻辑电路电连接，并在第二高压侧电源输出端(V2P-)的输出电压出现故障时，向主控逻辑电路发送负电压故障信号； 主控逻辑电路与驱动放大电路电连接，驱动放大电路通过门极保护电路与IGBT的门极(G)电连接；主控逻辑电路输出的控制信号依次通过驱动放大电路和门极保护电路后进入到IGBT的门极(G) ；IGBT的发射极(E)接地。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述的IGBT过压过流保护电路包括:第三四雪崩二极管(V34)、第三二雪崩二极管(V32)、第二六电阻(R26)、第三一稳压二极管(V31)、第二七电阻(R27)、第三零三极管(V30)、第二四电阻(R24)、第二五电阻(R25)、第三三二极管(V33)、第二九电阻(R29)、第三零电阻(R30)和第一^b电容(C17)；IGBT的集电极(C)与第三四雪崩二极管(V34)的阴极电连接，第三四雪崩二极管(V34)的阳极与第三二雪崩二极管(V32)的阴极电连接，第三二雪崩二极管(V32)的阳极通过第二六电阻(R26)与第三一稳压二极管(V31)的阴极电连接，第三一稳压二极管(V31)的阳极通过第二七电阻(R27 )与第三零三极管(V30 )的基极电连接，第三零三极管(V30 )的集电极与主控逻辑电路的IGBT过压短路保护输入端电连接，第三零三极管(V30)的发射极接地；第二四电阻(R24)的一端与第三零三极管(V30)的集电极电连接，其另一端与第一高压侧电源输出端(V2P+)电连接； 第二五电阻(R25)的一端与第三一稳压二极管(V31)的阴极电连接，其另一端与第一高压侧电源输出端(V2P+)电连接； 第三三二极管(V33)的阳极接地，第三三二极管(V33)的阴极与第三一稳压二极管(V31)的阴极电连接； 第二九电阻(R29)的一端接地，其另一端与第三一稳压二极管(V31)的阳极电连接；第三零电阻(R30)与第一七电容(C17)相并联，从而形成两个并联节点，其中一个并联节点与第三零三极管(V30)的发射极电连接，另一个并联节点与第三零三极管(V30)的基极电连接。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述的正电压保护电路包括:第三八三极管(V38)、第三九稳压二极管(V39)、第三六电阻(R36)、第三三电阻(R33)和第三七电阻(R37)； 第三八三极管(V38)的集电极与主控逻辑电路的正电压保护输入端电连接，第三八三极管(V38)的发射极与第一高压侧电源输出端(V2P+)电连接，第三八三极管(V38)的基极与第三九稳压二极管(V39)的阴极电连接，第三九稳压二极管(V39)的阳极通过第三六电阻(R36)接地； 第三三电阻(R33)的一端接地，其另一端与第三八三极管(V38)的集电极电连接； 第三七电阻(R37)的一端与第三八三极管(V38)的发射极电连接，另一端与第三八三极管(V38)的基极电连接。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述的负电压保护电路包括:第三五三极管(V35)、第三六稳压二极管(V36)、第三四电阻(R34)、第三二电阻(R32)、第三一电阻(R31)、第三七二极管(V37)和第三五电阻(R35)； 第三五三极管(V35)的发射极与第二高压侧电源输出端(V2P-)电连接，第三五三极管(V35)的基极与第三六稳压二极管(V36)的阳极电连接，第三六稳压二极管(V36)的阴极通过第三四电阻(R34)接地，第三五三极管(V35)的集电极通过第三二电阻(R32)与主控逻辑电路的负电压保护输入端电连接； 第三一电阻(R31)的一端与第一高压侧电源输出端(V2P+)电连接，其另一端通过第三二电阻(R32)与第三五三极管(V35)的集电极电连接； 第三七二极管(V37)的阳极接地，第三七二极管(V37)的阴极通过第三二电阻(R32)与第三五三极管(V35)的集电极电连接； 第三五电阻(R35)的一端与第三五三极管(V35)的基极电连接，其另一端与第三五三极管(V35)的发射极电连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述的驱动放大电路包括:第三MOS管驱动芯片(U3)、第一八电容(C18)、第四零二极管(V40)、第三八电阻(R38)、第四一电阻(R41)、第四一 PMOS管(V41)、第四MOS管驱动芯片(U4)、第一九电容(C19)、第四零电阻(R40)、第四二稳压二极管(V42)、第四三二极管(V43)、第四二电阻(R42)、第四三电阻(R43)、第四四NMOS管(V44)、第二适配板电阻(RA2)、第四适配板电阻(RA4)、第一适配板电阻(RAl)和第一适配板电容(CAl)； 第三MOS管驱动芯片(U3)的第一信号输入引脚和接地输入引脚均接地；第三MOS管驱动芯片(U3)的电源电压输入引脚与第一高压侧电源输出端(V2P+)和第一八电容(C18)的一端电连接，第一八电容(C18)的另一端接地； 第三MOS管驱动芯片(U3)的第二信号输入引脚与主控逻辑电路的控制信号输出端电连接，第三MOS管驱动芯片(U3)的第二信号输出引脚与第四零二极管(V40)的阳极电连接，第四零二极管(V40)的阴极通过第三八电阻(R38)与第四一 PMOS管(V41)的栅极电连接，第四一 PMOS管(V41)的源极与第一高压侧电源输出端(V2P+)电连接，第四一 PMOS管(V41)的漏极与第二适配板电阻(RA2)的一端电连接； 第四一电阻(R41)的一端与第四零二极管(V40)的阳极电连接，其另一端与第四一PMOS管(V41)的栅极电连接； 第四MOS管驱动芯片(U4)的电源电压输入引脚接地；第四MOS管驱动芯片(U4)的第一信号输入引脚和接地输入引脚并联后，与第二高压侧电源输出端(V2P-)和第一九电容(C19)的一端电连接，第一九电容(C19)的另一端接地； 第四MOS管驱动芯片(U4)的第二信号输入引脚分别与第四零电阻(R40)的一端和第四二稳压二极管(V42)的阳极电连接，第四零电阻(R40)的另一端与第二高压侧电源输出端(V2P-)电连接，第四二稳压二极管(V42)的阴极与第三MOS管驱动芯片(U3)的第二信号输出引脚电连接；第四MOS管驱动芯片(U4)的第二信号输出引脚与第四三二极管(V43)的阴极电连接，第四三二极管(V43)的阳极通过第四二电阻(R42)与第四四NMOS管(V44)的栅极电连接，第四四NMOS管(V44)的源极与第二高压侧电源输出端(V2P-)电连接，第四四NMOS管(V44)的漏极与第四适配板电阻(RA4)的一端电连接； 第四三电阻(R43)的一端与第四三二极管(V43)的阴极电连接，其另一端与第四四NMOS管(V44)的栅极电连接； 第二适配板电阻(RA2)的另一端与第四适配板电阻(RA4)的另一端电连接，并且在与第一适配板电阻(RAl)的一端和第一适配板电容(CAl)的一端电连接后，作为驱动放大电路的IGBT门极驱动线输出； 第一适配板电阻(RAl)的另一端和第一适配板电容(CAl)的另一端电连接，并且在接地后，作为驱动放大电路的IGBT发射极驱动线输出。
6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述的门极保护电路包括双向瞬态电压抑制二极管(VAl);该双向瞬态电压抑制二极管(VAl)并联在驱动放大电路输出的IGBT门极驱动线和IGBT发射极驱动线之间； 驱动放大电路输出的IGBT门极驱动线在与双向瞬态电压抑制二极管(VAl)的一端电连接后，与IGBT的门极(G)电连接； 驱动放大电路输出的IGBT发射极驱动线在与双向瞬态电压抑制二极管(VAl)的另一端电连接后，与IGBT的发射极(E)电连接。
7.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述的门极保护电路以及驱动放大电路的第二适配板电阻(RA2)、第四适配板电阻(RA4)、第一适配板电阻(RAl)和第一适配板电容(CAl)均设置于驱动适配板上； 所述的驱动放大电路包括由第一接线端子(X1-1)、第二接线端子(X1-2)和第三接线端子(X1-3)构成的驱动适配板接口 ； 第一接线端子(Xl-1)与第四一 PMOS管(V41)的漏极电连接；第二接线端子(X1-2)与第四四NMOS管(V44)的漏极电连接；第三接线端子(X1-3)接地； 在驱动适配板上，对应第一接线端子(Xl-1)的接口线与第二适配板电阻(RA2)的一端电连接，对应第二接线端子(X1-2)的接口线与第四适配板电阻(RA4)的一端电连接，对应第三接线端子(X1-3)的接口线与第一适配板电阻(RAl)的接地一端和第一适配板电容(CAl)的接地 一端电连接。
【文档编号】H02M1/08GK203522511SQ201320657777
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】贺觅知, 徐玉峰, 王传芳 申请人:北京赛德高科铁道电气科技有限责任公司