大功率变频调速装置中的igbt并联驱动及检测保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路，其技术特点包括以下步骤：包括IGBT并联同步驱动及动态均流电路、短路检测保护电路和浪涌电压抑制电路，所述短路检测保护电路一端通过光电隔离电路与主控制器连接，该短路检测保护电路另一端通过浪涌电压抑制电路与IGBT并联同步驱动及动态均流电路相连接，该IGBT并联同步驱动及动态均流电路与并联的两支IGBT相连接。本实用新型通过光电隔离电路接收主控器传送来的驱动信号，经功率放大电路提供瞬时大功率驱动信号并驱动并联IGBT，使门极电压同步实现最佳动态均流，同时对Uce过电压和IGBT短路进行检测保护，提高IGBT并联工作的可靠性和稳定性。
【专利说明】大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于大功率变频调速装置【技术领域】，尤其是一种大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路。
【背景技术】
[0002]随着大功率变频调速装置广泛的应用于工业现场，单支IGBT模块已不能满足大功率交流设备要求，而多支IGBT并联的主回路解决方案因其性价比高、热分布均匀、电流密度大、布局灵活已经成为一种设计趋势。由于并联IGBT之间静态与动态性能的差异会影响开关特性及均流效果，因此，很容易造成IGBT损坏。除了采取同一批次IGBT保证其参数尽量一致外，门极驱动电路设计对于并联应用实现动态均流起到至关重要的作用，需要更加优化可靠的驱动及保护电路，现有驱动及保护电路的可靠性及稳定性均存在一定的问题。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、可靠性高且稳定性强的大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路。
[0004]本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0005]一种大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路，包括IGBT并联同步驱动及动态均流电路、短路检测保护电路和浪涌电压抑制电路，所述短路检测保护电路一端通过光电隔离电路与主控制器连接，该短路检测保护电路另一端通过浪涌电压抑制电路与IGBT并联同步驱动及动态均流电路相连接，该IGBT并联同步驱动及动态均流电路与并联的两支IGBT相连接。
[0006]而且，所述IGBT并联同步驱动及动态均流电路包括功率放大器V1、功率放大器V2、开通驱动电阻RonlOl、开通驱动电阻Ron 102、开通驱动电阻Ron201、开通驱动电阻Ron202、关断驱动二极管DofflOl、关断驱动二极管Doff 102、关断驱动二极管Doff201、关断驱动二极管Doff202、开通驱动二极管Don、关断驱动电阻Roff以及四个IGBT门极限幅二极管；开通驱动电阻RonlOl与关断驱动二极管DofTlOl并联后一端连接在两个功率放大器的共发射极上，另一端连接在第一 IGBT的门极上，开通驱动电阻Ronl02与关断驱动二极管Doff 102并联后一端连接在第一 IGBT的发射极上，另一端通过并联的开通驱动二极管Don、关断驱动电阻Roff与地相连接；开通驱动电阻Ron201与关断驱动二极管Doff201并联后一端连接在两个功率放大器的共发射极上，另一端连接在第二 IGBT的门极上，开通驱动电阻Ron202与关断驱动二极管Doff202并联后一端连接在第二 IGBT的发射极上，另一端通过并联的开通驱动二极管Don、关断驱动电阻Roff与地相连接；四个IGBT门极限幅二极管分别连接到二个IGBT的门极上。
[0007]而且，所述短路检测保护电路包括阴极连接到并联IGBT集电极的高压恢复二极管D1，与高压恢复二极管Dl阳极连接的限流电阻R1，限流电阻Rl左端接滤波电容Cl，再通过电阻R2，反向连接二极管D2连接到驱动信号；滤波电容Cl两端并联二极管D3和电阻R3作为放电回路，滤波电容Cl上端通过二极管D4及阈值电压设置稳压二极管ZDl控制三极管V3，三极管V3的be之间接电阻R4，三极管V3集电极一方面通过上拉电阻R5到正电源，另一方面通过电阻R6和反接二极管D5连接到驱动信号；电阻R7、电阻R8和三极管V4组成故障返回电路，电阻R7为三极管V4基射电阻，R8为三极管V4集电极上拉电阻，故障信号从三极管V4集电极引出。
[0008]而且，所述浪涌电压抑制电路包括串联反接到IGBT集电极的五个浪涌抑制器件，浪涌抑制器件TVS5阳极通过二极管Dll和二极管D12分别连到两个并联IGBT的门极，浪涌抑制器件TVS5阳极另一支路通过电阻R12和正接二极管D13连到驱动功率放大器前，浪涌抑制器件TVS3的阳极通过电容C2、电阻R13与二极管D13阳极相连。
[0009]本实用新型的优点和积极效果是:
[0010]1、本实用新型通过光电隔离电路接收主控器传送来的驱动信号，经功率放大电路提供瞬时大功率驱动信号并驱动并联IGBT，使门极电压同步实现最佳动态均流，同时对Uce过电压和IGBT短路进行检测保护，提高IGBT并联工作的可靠性和稳定性。
[0011]2、本实用新型的驱动功率大单路驱动可达到2W，可驱动两并联、三并联大功率IGBT,同步一致性好相位差小于5ns，均流特性佳同相IGBT发热温度差小于3°C，电路性能可靠，由于采用了快速二极管等元件保护动作灵敏，可保护大功率并联IGBT可靠运行，保护IGBT不因短路或过压而损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的电路图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
[0014]一种大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路，如图1所示，包括IGBT并联同步驱动及动态均流电路1、短路检测保护电路2和浪涌电压抑制电路3，该短路检测保护电路一端通过光电隔离电路与主控制器连接，该短路检测保护电路另一端通过浪涌电压抑制电路与IGBT并联同步驱动及动态均流电路相连接，该IGBT并联同步驱动及动态均流电路与并联的两支IGBT相连接。下面对各个电路分别进行说明:
[0015]IGBT并联同步驱动及动态均流电路包括驱动信号推挽功率放大器Vl和V2、第一 IGBT开通驱动电阻RonlOl和Ronl02、第二 IGBT开通驱动电阻Ron201和Ron202、第一IGBT关断驱动二极管DofflOl和DofT102、第二 IGBT关断驱动二极管Doff201和Doff202、开通驱动二极管Don、关断驱动电阻Roff、以及IGBT门极限幅二极管DlOl、D102、D201和D202。并联IGBT开通时，驱动信号高经过Vl功率放大，经开通驱动电阻RonlOl、IGBTl门极、IGBTl发射极、开通驱动电阻Ronl02和开通二极管Don控制IGBTl导通，经开通驱动电阻Ron201、IGBT2门极、IGBT2发射极、开通驱动电阻Ron202和开通二极管Don控制IGBT2导通。并联IGBT关断时，驱动信号低V2导通，电源地经过关断驱动电阻Roff、关断驱动二极管Doff 102、IGBTl发射极、IGBTl门极、关断驱动二极管Doff 101、功率管V2到负电源，关断IGBT1，电源地经过关断驱动电阻Roff、关断驱动二极管Doff202、IGBT2发射极、IGBT2门极、关断驱动二极管Doff201、功率管V2到负电源，关断IGBT2。
[0016]在本并联同步驱动及动态均流电路中，开通驱动电阻和驱动关断驱动电阻独立，每个IGBT有自己单独驱动电阻，IGBTl的驱动电阻为开通驱动电阻RonlOl、Ronl02和关断驱动电阻Roff，开通驱动电阻RonlOl、Ronl02分别串到门极和发射极，开通驱动二极管Don使IGBTl驱动高电平导通，开通驱动电阻RonlOl串联Ronl02，DofflOU Doffl02在驱动低电平时导通，IGBTl门极关断驱动电阻Roff，使IGBTl开通和关断时阻抗不同，可调整IGBTl开通和关断边沿。IGBTl门极限幅二极管D101、D102限幅门极驱动电平，保护IGBTl门极。IGBT2的驱动电阻为开通驱动电阻Ron201、Ron202和关断驱动电阻Roff，开通驱动电阻Ron201、Ron202分别串到门极和发射极，开通驱动二极管Don使IGBT2驱动高电平导通，开通驱动电阻Ron201串联Ron202，Doff201、Doff202在驱动低电平时导通，IGBT2门极关断驱动电阻Roff，使IGBT2开通和关断时阻抗不同，可调整IGBT2开通和关断边沿。IGBT2门极限幅二极管D201、D202限幅门极驱动电平，保护IGBT2门极。在本部分电路中，二极管采用大电流密度肖特基二极管，导通压降低，电流大。并联IGBT驱动电阻分开可以降低由于IGBT静态特性偏差引起的动态不平衡，开通驱动电阻Ronl02、Ron202串到两个发射极，IGBT开通不一致不平衡动态电流在两个发射极的杂散电感压降不一致，反映到Ronl02、Ron202压降不同，使开通快的IGBT门极电压下降，开通慢的IGBT门极电压上升，动态电流趋近平衡。
[0017]短路检测保护电路通过检测并联IGBT导通时的Uce管压降进行保护，超过保护阈值封锁驱动信号并返回报警信号。该电路包括阴极连接到并联IGBT集电极的高压恢复二极管D1，在本实施例中，二极管Dl的反向电压1000V，恢复时间120ns，与Dl阳极连接的限流电阻Rl，Rl左端接滤波电容Cl，再通过电阻R2，反向连接二极管D2连接到驱动信号；滤波电容Cl两端并联二极管D3和电阻R3作为放电回路，该滤波电容Cl的容值可设置短路反应盲区时间，滤波电容Cl上端通过二极管D4及阈值电压设置稳压二极管ZDl控制三极管V3，V3的be之间接电阻R4，V3集电极一方面通过上拉电阻R5到正电源另一方面通过电阻R6和反接二极管D5连接到驱动信号；电阻R7、R8和三极管V4组成故障返回电路，R7为V4基射电阻，R8为V4集电极上拉电阻，故障信号从V4集电极引出。
[0018]在本短路检测保护电路中，主控器发出的驱动信号经隔离为脉冲信号，高电平开通IGBT，低电平关断IGBT。驱动低电平时，Cl上端Ua电压为零，V3关断，V4开通，返回信号为低电平；驱动为高电平，IGBT开通且未出现短路时，Cl上端电位Ua为IGBT导通压降加二极管Dl管压降，低于稳压管ZDl值，V3关断，V4导通，返回信号为低电平；当驱动信号高电平，IGBT导通出现短路时，IGBT导通压降迅速增加，Cl上端电位Ua达到ZDl击穿阈值，V3开通，Rll左端驱动高电平通过D5、R6、V3拉到低电平，IGBT门极为负电平，IGBT关断，保护IGBT免于短路损坏，同时V4由于V3开通而关断，返回信号为高电平，输出故障信号。
[0019]浪涌电压抑制电路利用并联IGBT的集射极电压反馈，通过集电极反接TVS及二极管电路箝位集射极电压并提高门极电位来控制IGBT关断过程。该浪涌电压抑制电路包括串联反接到集电极的TVSl?TVS5，TVS5阳极通过两个二极管Dll和D12分别连到两个并联IGBT的门极，TVS5阳极另一支路通过电阻R12和正接二极管D13连到驱动功率放大前，TVS3的阳极通过阻容C2、R13与二极管D13阳极相连。在本实施例中，TVS击穿电压为200V，峰值脉冲功率600W(10/1000us)。当并联IGBT关断浪涌电压大于600V时，幅值较低的浪涌毛刺击穿TVS1、TVS2、TVS3，通过C2、R13、D13滤掉，浪涌电压大于100V时，TVSl?TVS5均被击穿箝位集射极电压Uce，与TVS5串联的二极管Dll和D12导通，电流流过门极，门极电压无延时升高，IGBT关断过程减慢，抑制了浪涌。另一路，TVS击穿电流经R12和D13到驱动前级，通过驱动放大使门极电压升高，IGBT关断过程减慢并减小了 TVS电流和功耗。
[0020]需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路，其特征在于:包括IGBT并联同步驱动及动态均流电路、短路检测保护电路和浪涌电压抑制电路，所述短路检测保护电路一端通过光电隔离电路与主控制器连接，该短路检测保护电路另一端通过浪涌电压抑制电路与IGBT并联同步驱动及动态均流电路相连接，该IGBT并联同步驱动及动态均流电路与并联的两支IGBT相连接。
2.根据权利要求1所述的大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路，其特征在于:所述IGBT并联同步驱动及动态均流电路包括功率放大器V1、功率放大器V2、开通驱动电阻Ron 11、开通驱动电阻Ron 102、开通驱动电阻Ron201、开通驱动电阻Ron202、关断驱动二极管DofflO1、关断驱动二极管Doff 102、关断驱动二极管Doff201、关断驱动二极管Doff202、开通驱动二极管Don、关断驱动电阻Roff以及四个IGBT门极限幅二极管；开通驱动电阻RonlOl与关断驱动二极管DofTlOl并联后一端连接在两个功率放大器的共发射极上，另一端连接在第一 IGBT的门极上，开通驱动电阻Ronl02与关断驱动二极管Doff 102并联后一端连接在第一 IGBT的发射极上，另一端通过并联的开通驱动二极管Don、关断驱动电阻Roff与地相连接；开通驱动电阻Ron201与关断驱动二极管Doff201并联后一端连接在两个功率放大器的共发射极上，另一端连接在第二 IGBT的门极上，开通驱动电阻Ron202与关断驱动二极管Doff202并联后一端连接在第二 IGBT的发射极上，另一端通过并联的开通驱动二极管Don、关断驱动电阻Roff与地相连接；四个IGBT门极限幅二极管分别连接到二个IGBT的门极上。
3.根据权利要求1所述的大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路，其特征在于:所述短路检测保护电路包括阴极连接到并联IGBT集电极的高压恢复二极管D1，与高压恢复二极管Dl阳极连接的限流电阻R1，限流电阻Rl左端接滤波电容Cl，再通过电阻R2，反向连接二极管D2连接到驱动信号；滤波电容Cl两端并联二极管D3和电阻R3作为放电回路，滤波电容Cl上端通过二极管D4及阈值电压设置稳压二极管ZDl控制三极管V3，三极管V3的be之间接电阻R4，三极管V3集电极一方面通过上拉电阻R5到正电源，另一方面通过电阻R6和反接二极管D5连接到驱动信号；电阻R7、电阻R8和三极管V4组成故障返回电路，电阻R7为三极管V4基射电阻，R8为三极管V4集电极上拉电阻，故障信号从三极管V4集电极引出。
4.根据权利要求1所述的大功率变频调速装置中的IGBT并联驱动及检测保护电路，其特征在于:所述浪涌电压抑制电路包括串联反接到IGBT集电极的五个浪涌抑制器件，浪涌抑制器件TVS5阳极通过二极管Dll和二极管D12分别连到两个并联IGBT的门极，浪涌抑制器件TVS5阳极另一支路通过电阻R12和正接二极管D13连到驱动功率放大器前，浪涌抑制器件TVS3的阳极通过电容C2、电阻R13与二极管D13阳极相连。
【文档编号】H02H9/04GK204216868SQ201420674182
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】安洋, 王洪庆, 金书辉, 郭清臣, 安健辰, 付明志 申请人:天津电气科学研究院有限公司