測模塊82和多級電流變化率檢測模塊84便可快速檢測到，若發(fā)生欠壓故障，欠壓檢測及保護模塊81也可檢測到，并將故障信號送入FPGA數(shù)字控制單元I的故障信號處理模塊14，從而控制IGBT軟關(guān)斷，并且，有源箝位模塊83可以抑制關(guān)斷過程中的Vra過壓。信號采集單元6首先通過信號衰減模塊62對電壓接入點a 63的電壓電壓接入點b 64的電壓V eE分別進行衰減，再通過A/D轉(zhuǎn)換芯片61將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，之后送入FPGA數(shù)字控制單元I。在IGBT處于正常工作狀態(tài)下，\#口 V ^的數(shù)字量緩存在FPGA數(shù)字控制單元I的息采集及存儲模塊16中，當發(fā)生故障時，F(xiàn)PGA數(shù)字控制單元I將故障發(fā)生前后一段時間內(nèi)的V ^信息存入FLASH存儲單元4中，可以通過上位計算機9調(diào)取FLASH存儲單元4中的信息以備分析。此外，IGBT的運行狀態(tài)通過狀態(tài)指示單元5可直觀顯示，故障信號通過狀態(tài)指示及反饋模塊15經(jīng)光纖傳輸反饋給上位計算機9。
[0021]本實用新型中，柵極驅(qū)動單元7采用多級柵電阻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)驅(qū)動器固定的單一固定柵極電阻結(jié)構(gòu)，總共由八個MOSFET (4個N型MOSFET 71和4個P型MOSFET72)作為開關(guān)，當要驅(qū)動IGBT開通時，分別使SEQ、SG4, SG5, Se6導(dǎo)通，使S E1、Sgi, SG2, Se3關(guān)斷，從而在G和E直接就會形成+15V電壓；當要驅(qū)動IGBT關(guān)斷時，分別使Sec1、SwSt^Se6關(guān)斷，使SE1、S^SmSe3導(dǎo)通，從而在G和E直接就會形成-15V電壓。其中，MOSFET都由FPGA數(shù)字控制單元I所發(fā)出的信號經(jīng)過功率放大之后而控制的。柵極驅(qū)動單元7的核心在于，根據(jù)IGBT所處不同的開通和關(guān)斷狀態(tài)使用不同阻值的柵極電阻，實現(xiàn)軟開通和軟關(guān)斷，從而縮短開關(guān)時間、減小開關(guān)損耗、減小電流尖峰和電壓尖峰、抑制EMI (電磁干擾)。
[0022]本實用新型中，針對IGBT過流和短路故障，兼用Vce退飽和檢測和集電極電流變化率檢測兩種方案。多級Vra退飽和檢測模塊由TVS和比較器構(gòu)成，若Vce電壓超過所設(shè)的參考電壓，比較器翻轉(zhuǎn)；集電極電流變化率檢測方法，是通過檢測IGBT的功率發(fā)射極和輔助反射極之間的電感所感應(yīng)的電壓值，若IGBT發(fā)生短路，則所感應(yīng)的電壓值大于參考電壓，比較器翻轉(zhuǎn)。兩種檢測方法兼用，可以對IGBT過流和短路故障做出準確的判斷，能實現(xiàn)可靠、迅速的保護。
[0023]有源箝位模塊由跨接在IGBT集電極和柵極之間的正向二極管和TVS構(gòu)成，在IGBT關(guān)斷時Vce會產(chǎn)生瞬間高壓，該電路中的TVS反向擊穿，向柵極注入電流，從而IGBT柵極電壓抬升，有效的抑制了電壓尖峰。
[0024]信號隔離單元中，信號的隔離采用光纖實現(xiàn)，其中，信號發(fā)射和接收分別選用HFBR-1522Z 和 HFBR-2522Z ；
[0025]欠壓檢測及保護模塊采用電壓監(jiān)測芯片是LM809。
【主權(quán)項】
1.一種大功率IGBT的驅(qū)動與保護裝置，其特征在于，包括FPGA數(shù)字控制單元(1)，所述FPGA數(shù)字控制單元(I)通過導(dǎo)線分別連接有開關(guān)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￠)、柵極驅(qū)動單元(7)和檢測及保護單元(8);所述柵極驅(qū)動單元(7)和檢測及保護單元(8)相互連接；所述信號隔離單元(3)內(nèi)設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換模塊(31)，信號隔離單元(3)通過光纖連接有上位計算機(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率IGBT的驅(qū)動與保護裝置，其特征在于，所述FPGA數(shù)字控制單元(I)內(nèi)設(shè)置有短脈沖抑制模塊(11)、輸入過頻保護模塊(12)、正常開關(guān)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)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大功率IGBT的驅(qū)動與保護裝置，其特征在于，所述檢測及保護單元(8)內(nèi)設(shè)置有欠壓檢測及保護模塊(81)、多級\^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)，所述有源箝位模塊(83)跨接在IGBT的集電極和柵極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大功率IGBT的驅(qū)動與保護裝置，其特征在于，所述信號采集單元￠)內(nèi)依次設(shè)置有A/D轉(zhuǎn)換芯片(61)、信號衰減模塊￠2)、電壓接入點W63)和電壓接入點b (64)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大功率IGBT的驅(qū)動與保護裝置，其特征在于，所述柵極驅(qū)動單元(7)采用多級柵電阻結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大功率IGBT的驅(qū)動與保護裝置，其特征在于，所述柵極驅(qū)動單元(7)中的多級柵電阻結(jié)構(gòu)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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率IGBT的驅(qū)動與保護裝置，其特征在于，所述開關(guān)電源單元(2)為有源箝位反激式DC-DC開關(guān)電源。
【專利摘要】本實用新型公開了一種大功率IGBT的驅(qū)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(dǎo)線分別連接有開關(guān)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(qū)動單元和檢測及保護單元；柵極驅(qū)動單元和檢測及保護單元相互連接；信號隔離單元內(nèi)設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換模塊，信號隔離單元通過光纖連接有上位計算機。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，實現(xiàn)軟開關(guān)，從而調(diào)控開關(guān)速度，減小開關(guān)損耗、抑制電流尖峰和電壓尖峰，可提供全面的保護功能，包括過流、過壓、欠壓、以及輸入信號的處理。
【IPC分類】G05B19-042, H03K17-567
【公開號】CN204462763
【申請?zhí)枴緾N201520198017
【發(fā)明人】范沙浪, 李永峰
【申請人】西安捷航電子科技有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月2日