一種大功率igbt的驅動與保護裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電力電子控制技術領域，具體涉及一種大功率IGBT的驅動與保護裝置。
【背景技術】
[0002]大功率IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)在機車牽引、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等大功率電力電子系統(tǒng)中應用廣泛，在此類應用中，IGBT—般工作在高電壓、大電流的惡劣環(huán)境中，它是否安全運行關系到整個電力系統(tǒng)的運轉、甚至關系到生命財產(chǎn)安全。而IGBT驅動與保護電路是功率器件與控制信號之間非常重要的接口電路，是IGBT正常工作的前提和保證。目前，大多數(shù)IGBT驅動器都采用無源的模擬電路搭成的，不能根據(jù)IGBT的性能和運行狀態(tài)調(diào)節(jié)開關速度，而且保護功能不夠全面，不能對IGBT運行進行實時檢測，并且，現(xiàn)有的驅動器都針對特定的IGBT所設計，通用性比較差，不可擴展。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種大功率IGBT的驅動與保護裝置，解決了現(xiàn)有IGBT驅動器不能根據(jù)IGBT的實時性能和運行狀態(tài)調(diào)節(jié)開關速度的問題。
[0004]本實用新型所采用的技術方案是，一種大功率IGBT的驅動與保護裝置，包括FPGA數(shù)字控制單元，F(xiàn)PGA數(shù)字控制單元通過導線分別連接有開關電源單元、信號隔離單元、FLASH存儲單元、狀態(tài)指示單元、信號采集單元、柵極驅動單元和檢測及保護單元；柵極驅動單元和檢測及保護單元相互連接；信號隔離單元內(nèi)設置有光電轉換模塊，信號隔離單元通過光纖連接有上位計算機。
[0005]本實用新型的特點還在于，
[0006]FPGA數(shù)字控制單元內(nèi)設置有短脈沖抑制模塊、輸入過頻保護模塊、正常開關控制模塊、故障信號處理模塊、狀態(tài)指示及反饋模塊和信息采集及存儲模塊。
[0007]檢測及保護單元內(nèi)設置有欠壓檢測及保護模塊、多級\^退飽和檢測模塊、有源箝位模塊和多級電流變化率檢測模塊，有源箝位模塊跨接在IGBT的集電極和柵極之間。
[0008]信號采集單元包括電壓接入點a和電壓接入點b、信號衰減模塊、A/D轉換芯片。
[0009]柵極驅動單元采用多級柵電阻結構。
[0010]柵極驅動單元中的多級柵電阻結構包括4個N型MOSFET和4個P型MOSFET，每個MOSFET均串聯(lián)一個柵極電阻，其中N型MOSFET接零電平，P型MOSFET接+15V電平。
[0011]開關電源單元為有源箝位反激式DC-DC開關電源。
[0012]本實用新型的有益效果是，一種大功率IGBT的驅動與保護裝置，通過采用FPGA數(shù)字化控制，可根據(jù)不同的IGBT配置不同的控制算法，可擴展性和適配性好，并減少了模擬器的數(shù)量，提高系統(tǒng)的集成度；
[0013]通過柵極驅動采用多等級的柵極電阻，可根據(jù)IGBT實時運行狀態(tài)，調(diào)整柵極電阻阻值，實現(xiàn)軟開關，從而調(diào)控開關速度，減小開關損耗、抑制電流尖峰和電壓尖峰；分別對IGBT的過流、過壓、欠壓等故障進行實時檢測，并提供快速、全面的保護；通過對VeE和Vce數(shù)據(jù)進行采集和存儲，在發(fā)生故障后可以通過上位計算機調(diào)取和分析。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型一種大功率IGBT的驅動與保護裝置的結構示意圖；
[0015]圖2是本實用新型一種大功率IGBT的驅動與保護裝置中柵極驅動單元的結構示意圖。
[0016]圖中，1.FPGA數(shù)字控制單元，2.開關電源單元，3.信號隔離單元，4.FLASH存儲單元，5.狀態(tài)指示單元，6.信號采集單元，7.柵極驅動單元，8.檢測及保護單元，9.上位計算機，11.短脈沖抑制模塊，12.輸入過頻保護模塊，13.正常開關控制模塊，14.故障信號處理模塊，15.狀態(tài)指示及反饋模塊，16.信息采集及存儲模塊，31.光電轉換模塊，61.A/D轉換芯片，62.信號衰減模塊，63.電壓接入點a，64.電壓接入點b，71.N型MOSFET，72.P型MOSFET，73.柵極電阻，81.欠壓檢測及保護模塊，82.多級Vra退飽和檢測模塊，83.有源箝位模塊，84.多級電流變化率檢測模塊。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0018]如圖1所示，一種大功率IGBT的驅動與保護裝置，包括FPGA數(shù)字控制單元I，F(xiàn)PGA數(shù)字控制單元I內(nèi)設置有短脈沖抑制模塊11、輸入過頻保護模塊12、正常開關控制模塊13、故障信號處理模塊14、狀態(tài)指示及反饋模塊15和信息采集及存儲模塊16。FPGA數(shù)字控制單元I通過導線分別連接有開關電源單元2、信號隔離單元3、FLASH存儲單元4、狀態(tài)指示單元5、信號采集單元6、柵極驅動單元7和檢測及保護單元8 ;其中，開關電源單元2為有源箝位反激式DC-DC開關電源；信號采集單元6包括A/D轉換芯片61、信號衰減模塊62、電壓接入點a 63和電壓接入點b 64;檢測及保護8單元內(nèi)設置有欠壓檢測及保護模塊81、多級乂^退飽和檢測模塊82、有源箝位模塊83和多級電流變化率檢測模塊84，有源箝位模塊83跨接在IGBT的集電極和柵極之間。柵極驅動單元7和檢測及保護單元8之間相互連接；信號隔離單元3內(nèi)設置有光電轉換模塊31，信號隔離單元3通過光纖連接有上位計算機9。
[0019]如圖2所示，柵極驅動單元7采用多級柵電阻結構，包括4個N型MOSFET 71和4個P型MOSFET 72，每個MOSFET均串聯(lián)一個柵極電阻73，其中N型MOSFET 71接零電平，P型 MOSFET 72 接 +15V 電平。
[0020]本實用新型的工作原理是，高隔離等級的開關電源單元2提供穩(wěn)定可靠的隔離電壓，上位計算機9通過信號隔離單元3內(nèi)的光電轉換模塊31將驅動信號送入，輸入的驅動信號首先被送入FPGA數(shù)字控制單元I中進行處理，經(jīng)過短脈沖抑制模塊11和輸入過頻保護模塊12后，在確認無故障的情況下由正常開關控制模塊13控制柵極驅動單元7，安全可靠地驅動IGBT開通和關斷，同時，檢測及保護單元8對IGBT的狀態(tài)進行實時地檢測和保護。若發(fā)生過流或短路故障，多級&￡退飽和檢