应用于光伏发电的大功率igbt并联驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，包括主控制器、多个IGBT及其驱动模块、第一光纤发射电路、多个第一光纤接收电路、第二光纤发射电路以及第二光纤接收电路；第一光纤发射电路将主控制器输出的PWM驱动电信号转换为多路同步的驱动光信号，各第一光纤接收电路接收驱动光信号并转换为驱动电信号输出至各IGBT及其驱动模块，IGBT及其驱动模块检测到IGBT发生故障时输出IGBT故障电信号；第二光纤发射电路将多路IGBT故障电信号合成一路并转换为故障光信号输出；第二光纤接收电路将故障光信号转换为故障电信号输出至主控制器。本实用新型可将PWM驱动电信号转化多路驱动电信号以驱动并联的IGBT及其驱动模块，提高多路驱动电信号的同步性和可靠性。
【专利说明】应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及大功率光伏发电【技术领域】，尤其涉及一种应用于光伏发电的大功 率IGBT并联驱动电路。
【背景技术】
[0002] 太阳能光伏发电在21世纪占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规 能源，而且将成为世界能源供应的主体。随着太阳能光伏并网逆变器单机容量和大型地面 电站规模的不断增大，太阳能光伏并网逆变器的运行效率、安全性和稳定性就越发重要。
[0003] 在组成太阳能光伏并网逆变器的大容量电力电子设备中，当功率器件流过的电流 超过现有电力电子器件的设计范围，或者为降低功率器件的损耗，提高功率开关器件的载 流能力时，可以采用同种功率器件并联使用的技术方案。只有当并联的各个功率模块在静 态与动态均达到理想的对称均衡状态，才能最大程度地利用并联后的功率器件，提高运行 效率。因此，对于实际应用的并联连接而言，优化的对称条件至关重要。
[0004] 对于并联使用的开关器件，为达到动态和静态均流，需要控制开关器件开通与关 断的驱动信号严格保持同步，若驱动电路的输出阻抗存在偏差，将导致开关时刻的不一 致，加剧开关损耗分布的不均衡。传统的并联控制有两种常用模式，一种是由控制器输出 多路同样的驱动信号，经过调理电路多次处理后，分别送给并联的绝缘栅双极型晶体管 (Insulated Gate Bipolar Transistor , IGBT)驱动模块（每个IGBT均有独立的驱动模 块)，这种方式驱动信号存在同步效果不佳，调试复杂、生产效率不高的问题；另一种是控制 器输出一个驱动信号，该驱动信号经过调理电路多次处理后，同时送给并联IGBT的无源驱 动模块，这种方式的不足在于驱动信号必须要有足够大的功率去驱动多个并联的IGBT及 其驱动模块，且并联的IGBT及其驱动模块的数量受驱动信号功率的限制，不利于产品的功 能扩展与设计优化。 实用新型内容
[0005] 有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种应用于光伏发电的大功率 IGBT并联驱动电路，可提高并联驱动信号的同步性。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：
[0007] -种应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其包括主控制器和多个绝缘 栅双极型晶体管IGBT及其驱动模块，还包括：
[0008] 第一光纤发射电路，所述第一光纤发射电路与所述主控制器连接，将主控制器输 出的脉冲宽度调制PWM驱动电信号转换为多路同步的驱动光信号；
[0009] 多个第一光纤接收电路，各所述第一光纤接收电路分别与该第一光纤发射电路连 接，接收驱动光信号并转换为驱动电信号输出至各该IGBT及其驱动模块，所述IGBT及其驱 动模块接收驱动电信号控制IGBT的开通与关断；所述IGBT及其驱动模块检测到IGBT发生 故障时输出IGBT故障电信号；
[0010] 第二光纤发射电路，所述第二光纤发射电路连接各该IGBT及其驱动模块，将多路 IGBT故障电信号合成一路并转换为故障光信号输出；
[0011] 第二光纤接收电路，所述第二光纤接收电路分别与所述第二光纤发射电路以及主 控制器连接，该第二光纤接收电路将故障光信号转换为故障电信号输出至该主控制器。
[0012] 作为优选方案，所述第一光纤发射电路包括总线驱动器以及多个光纤发射单元； 该总线驱动器包括一组输入端和一组输出端，所述输入端与该主控制器连接，所述输出端 设置有多个，且各该输出端分别连接各所述光纤发射单元的电信号输入端。
[0013] 作为优选方案，所述第二光纤发射电路包括三极管和光纤发射单元，所述三极管 的基极连接各所述IGBT及其驱动模块，集电极连接所述光纤发射单元的电信号输入端，发 射极接地。
[0014] 作为优选方案，所述光纤发射单元包括光纤发射器，该光纤发射器的阳极和阴极 之间依次连接有电阻R1和电容C1，所述电阻R1和电容C1之间还连接有电源，且所述电信 号输入端为所述光纤发射器的阴极。
[0015] 作为优选方案，所述第一光纤接收电路包括光纤接收器，该光纤接收器的电源端 和输出端之间并联连接有电阻R2和电容C2。
[0016] 作为优选方案，所述第二光纤接收电路包括光纤接收器，该光纤接收器的电源端 和输出端之间并联连接有电阻R2和电容C2。
[0017] 作为优选方案，所述第一光纤接收电路的数量为两个，所述IGBT及其驱动模块的 数量为两个。
[0018] 本实用新型达到的技术效果如下：
[0019] 1、主控制器输出的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM)驱动电信号可 转化多路驱动电信号以驱动并联的IGBT及其驱动模块，多路驱动电信号的同步性和可靠 性提1?。
[0020] 2、PWM驱动信号在主控制器和IGBT之间通过光纤传输，不受其所处的复杂电磁环 境影响，抗干扰能力增强。
[0021] 3、PWM驱动信号在主控制器和IGBT之间通过光纤传输，对主控制器的安放位置没 有要求，结构简单，操作方便。
[0022] 4、第一光纤发射器电路、第二光纤发射电路、第一光纤接收器电路以及第二光纤 接收器电路均可以作为一个完整的功能电路模块，移植到相关的需要IGBT并联驱动的场 合，使用范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路的结构框图；
[0024] 图2为本实用新型第一光纤发射电路的原理图；
[0025] 图3为本实用新型第一光纤接收电路的原理图；
[0026] 图4为本实用新型第二光纤发射电路的原理图。
[0027]【符号说明】
[0028] 主控制器1
[0029] IGBT及其驱动模块2
[0030] 第一光纤发射电路3
[0031] 总线驱动器31
[0032] 输入端311
[0033] 输入端312
[0034] 输出端313
[0035] 第一光纤接收电路4
[0036] 光纤接收器41
[0037] 第二光纤发射电路5
[0038] 三极管51
[0039] 光纤发射单元6
[0040] 光纤发射器61
[0041] 第二光纤接收电路7。
【具体实施方式】
[0042] 如图1所示，本实用新型应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路包括主控制 器1、多个IGBT及其驱动模块2、第一光纤发射电路3、多个第一光纤接收电路4、第二光纤 发射电路5以及第二光纤接收电路7。
[0043] 所述第一光纤发射电路3与主控制器1连接，可将主控制器1输出的PWM驱动电信 号转换为多路同步的驱动光信号。各所述第一光纤接收电路4分别与第一光纤发射电路3 连接，接收驱动光信号并转换为驱动电信号输出至各IGBT及其驱动模块2,所述IGBT及其 驱动模块2接收驱动电信号控制IGBT的开通与关断；所述IGBT及其驱动模块检测到IGBT 发生故障时输出IGBT故障电信号。第二光纤发射电路5连接各IGBT及其驱动模块2,将多 路IGBT故障电信号合成一路并转换为故障光信号输出。所述第二光纤接收电路7分别与 所述第二光纤发射电路5以及主控制器1连接，该第二光纤接收电路7将故障光信号转换 为故障电信号输出至该主控制器1，使主控制器封锁PWM驱动信号。
[0044] 在本实施例中，所述第一光纤接收电路4的数量为两个，对应的所述IGBT及其驱 动模块2的数量为两个，但并不以此为限，可根据实际生产过程中的需要，设定所需的第一 光纤接收电路4以及IGBT及其驱动模块2的数量。
[0045] 如图2所示，所述第一光纤发射电路3包括总线驱动器31以及多个光纤发射单元 6。该总线驱动器31包括一组输入端311和一组输出端313,所述输入端311与主控制器1 连接，接收由主控制器1输出的PWM驱动电信号。所述输出端313的数量设置有多个，且各 该输出端313分别连接各所述光纤发射单兀6的电信号输入端，各该输出端313输出多路 同步的驱动电信号至各该光纤发射单元6。在本实施例中，所述第一光纤发射电路3中设置 有两个光纤发射单元6,而对应的总线驱动器31的输出端313的数量也设置有两个，但并不 以此为限。
[0046] 其中，所述总线驱动器31可以为SN75452,则所述SN75452总线驱动器还包括另一 组用于连接电源的输入端312。
[0047] 光纤发射单元6包括光纤发射器61，该光纤发射器61的阳极和阴极之间依次连接 有电阻R1和电容C1，所述电阻R1和电容C1之间还连接有电源，且所述电信号输入端为光 纤发射器61的阴极。其中，所述光纤发射器61可为HFBR1521。当所述光纤发射器61的电 信号输入端输入为低电平时，该光纤发射器61才会发出相应的光信号。
[0048] 因此，当主控制1输出的PWM驱动电信号为高电平时，两个输出端313同时输出低 电平，即光纤发射器61的电信号输入端输入为低电平，则所述两个光纤发射器61内部的激 光发生器导通，发出同步的光信号。当主控制输出的PWM驱动电信号为低电平时，两个输入 端313同时输出高电平，则两个光纤发射器61内部的激光发生器关断，不发出光信号。
[0049] 如图3所示，所述第一光纤接收电路4包括光纤接收器41，该光纤接收器41中设 置有三个端子接口，其中两个端子接口分别为电源端和输出端，且所述电源端和输出端之 间并联连接有电阻R2和电容C2,剩余的一个端子接口接地。其中，所述光纤接收器41可为 HFBR2521，且所述电阻R2和电容C2的数值可以根据需要进行设定。
[0050] 当没有光信号输入时，光纤接收器41的输出端输出高电平；当有光信号输入时， 光纤接收器41的输出端输出低电平。由光纤接收器41、电阻R2以及电容C2组成的光纤接 收电路4在IGBT及其驱动模块2端，接收由主控制器1发出的驱动光信号。
[0051] 本实用新型中的第二光纤接收电路7与第一光纤接收电路4的结构和工作原理基 本相同，在此将不再赘述。其不同之处在于：第二光纤接收电路7在主控制器1端，则所述 第二光纤接收电路7中的光纤接收器接收由IGBT及其驱动模块2发出的故障光信号。
[0052] 如图4所示，所述第二光纤发射电路5包括三极管51和光纤发射单元6,所述三极 管51的基极连接各所述IGBT及其驱动模块2,集电极连接所述光纤发射单元6的电信号输 入端，发射极接地。
[0053] 当IGBT及其驱动模块2正常工作时，IGBT及其驱动模块2输出的IGBT故障电信 号为高电平，三极管51导通，所述光纤发射器61内部的激光发射器导通，该光纤发射器61 输出故障光信号。当IGBT及其驱动模块2发生故障时，IGBT及其驱动模块2输出的IGBT 故障电信号为低电平，三极管51关断，所述光纤发射器61内部的激光发射器关断，没有光 信号从该光纤发射器61输出。其中，任意一个IGBT及其驱动模块2发生故障，三极管51 接收的一路故障电信号则为低电平，三极管51关断，致使没有光信号从所述光纤发射器61 中输出。
[0054] 所述第一光纤发射电路3中的电阻值和电容值以及第二光纤发射电路5中的电阻 值和电容值可以根据需要另行设定。
[0055] 本实用新型中的第一光纤发射器电路3、第一光纤接收器电路4、第二光纤发射电 路5、第二光纤接收器电路7均可由母板供电。
[0056] 本实用新型通过使用第一光纤发射电路3中的总线驱动器31，由同一个驱动芯片 驱动两个光纤发射器61，不仅满足了驱动信号的同步性，由于是光信号传输，还极大地提高 了驱动信号的抗干扰性能。
[0057] 此外，本实用新型中的各个组成部分均可作为一个完整的功能电路模块，移植到 相关的需要IGBT并联驱动的场合，使用范围广。且本实用新型应用于光伏发电的大功率 IGBT并联驱动电路也可以根据需要应用于其它不同的场合。例如，可以应用于大功率光伏 并网逆变器，大功率变频器，风电变流器，也可以应用于大功率开关电源。
[0058] 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护 范围。
【权利要求】
1. 一种应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其包括主控制器和多个绝缘栅 双极型晶体管IGBT及其驱动模块，其特征在于，还包括： 第一光纤发射电路，所述第一光纤发射电路与所述主控制器连接，将主控制器输出的 脉冲宽度调制PWM驱动电信号转换为多路同步的驱动光信号； 多个第一光纤接收电路，各所述第一光纤接收电路分别与该第一光纤发射电路连接， 接收驱动光信号并转换为驱动电信号输出至各该IGBT及其驱动模块，所述IGBT及其驱动 模块接收驱动电信号控制IGBT的开通与关断；所述IGBT及其驱动模块检测到IGBT发生故 障时输出IGBT故障电信号； 第二光纤发射电路，所述第二光纤发射电路连接各该IGBT及其驱动模块，将多路IGBT 故障电信号合成一路并转换为故障光信号输出； 第二光纤接收电路，所述第二光纤接收电路分别与所述第二光纤发射电路以及主控制 器连接，该第二光纤接收电路将故障光信号转换为故障电信号输出至该主控制器。
2. 根据权利要求1所述的应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其特征在于， 所述第一光纤发射电路包括总线驱动器以及多个光纤发射单元；该总线驱动器包括一组输 入端和一组输出端，所述输入端与该主控制器连接，所述输出端设置有多个，且各该输出端 分别连接各所述光纤发射单元的电信号输入端。
3. 根据权利要求1所述的应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其特征在于， 所述第二光纤发射电路包括三极管和光纤发射单元，所述三极管的基极连接各所述IGBT 及其驱动模块，集电极连接所述光纤发射单元的电信号输入端，发射极接地。
4. 根据权利要求2或3所述的应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其特征 在于，所述光纤发射单元包括光纤发射器，该光纤发射器的阳极和阴极之间依次连接有电 阻R1和电容C1，所述电阻R1和电容C1之间还连接有电源，且所述电信号输入端为所述光 纤发射器的阴极。
5. 根据权利要求1所述的应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其特征在于， 所述第一光纤接收电路包括光纤接收器，该光纤接收器的电源端和输出端之间并联连接有 电阻R2和电容C2。
6. 根据权利要求1所述的应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其特征在于， 所述第二光纤接收电路包括光纤接收器，该光纤接收器的电源端和输出端之间并联连接有 电阻R2和电容C2。
7. 根据权利要求1所述的应用于光伏发电的大功率IGBT并联驱动电路，其特征在于， 所述第一光纤接收电路的数量为两个，所述IGBT及其驱动模块的数量为两个。
【文档编号】H02M1/092GK203851012SQ201420083036
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】王铁钢, 张广洁 申请人:北京天诚同创电气有限公司