專利名稱：二極管箝位式三電平igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和模塊及其拓?fù)溲b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和模塊及其拓?fù)溲b置。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor,簡稱 IGBT)是電力 晶體管和功率場效應(yīng)管組成的復(fù)合器件，由于其具有輸入阻抗高、工作速度快、耐壓高以及能正常工作于幾十KHz頻率范圍內(nèi)，故在采用二極管箝位三電平拓?fù)涞碾娏﹄娮友b置中占據(jù)了主導(dǎo)地位，例如中高壓變頻器、風(fēng)電、SVG、UPS等大都采用IGBT作為主要的功率開關(guān)器件。二極管箝位的三電平拓?fù)潆娐啡鐖DI所示，Tl，T2，T3，T4是IGBT，Tl和T4簡稱為外管，T2和T3簡稱為內(nèi)管，DU D2、D3、D4是和IGBT并聯(lián)的續(xù)流二極管，D5、D6是箝位二極管，對外管電壓能起到箝位作用。目前大部分三電平拓?fù)涞尿?qū)動(dòng)保護(hù)電路都采用驅(qū)動(dòng)光耦或者專用的驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行IGBT的驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是在檢測到短路故障時(shí)，會(huì)自己關(guān)掉IGBT，然后發(fā)送故障信號(hào)給數(shù)字信號(hào)處理電路(Digital Signal Processor,簡稱DSP),并在幾十微秒內(nèi)，阻斷PWM信號(hào)的輸入。在此電路的研究和實(shí)踐過程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于二極管箝位的三電平拓?fù)潆娐分畜槲欢O管只能保證外管被可靠箝位，而內(nèi)管不會(huì)被箝位，因此，當(dāng)短路故障發(fā)生的時(shí)候，若內(nèi)管先于外管被關(guān)斷或者與外管同時(shí)被關(guān)斷的話，就會(huì)導(dǎo)致母線電壓加在內(nèi)管上而使得內(nèi)管被損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和模塊及其拓?fù)溲b置，以期使得IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中IGBT得到有效保護(hù)。本發(fā)明實(shí)施例提供一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，包括數(shù)字信號(hào)處理電路、PWM脈沖信號(hào)電路、PWM脈沖處理電路、功率放大電路、故障檢測電路、故障信號(hào)產(chǎn)生電路；所述數(shù)字信號(hào)處理電路用于產(chǎn)生PWM脈沖；所述PWM脈沖信號(hào)電路用于對所述數(shù)字信號(hào)處理電路產(chǎn)生的PWM脈沖進(jìn)行光耦隔離；所述PWM脈沖處理電路與所述PWM脈沖信號(hào)電路相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理； 所述功率放大電路與所述PWM脈沖處理電路相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行功率放大處理后形成IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后將所述IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給IGBT ；所述故障檢測電路與所述IGBT相連，用于檢測所述IGBT的短路故障；
所述故障信號(hào)產(chǎn)生電路用于當(dāng)所述故障檢測電路檢測到短路故障時(shí)，產(chǎn)生故障信號(hào)并將其發(fā)送給所述數(shù)字信號(hào)處理電路；所述數(shù)字信號(hào)處理電路還用于當(dāng)接收到所述故障信號(hào)產(chǎn)生電路發(fā)送的故障信號(hào)后，發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖，使得IGBT被關(guān)斷。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，該模塊包括外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路；所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路均采用如權(quán)利要求I所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，并且所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的數(shù)字信號(hào)處理電路和所述內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的數(shù)字信號(hào)處理電路為同一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理電路；所述數(shù)字信號(hào)處理電路還用于當(dāng)接收到故障信號(hào)時(shí)，分別在預(yù)設(shè)時(shí)刻 發(fā)送關(guān)斷外管IGBT和內(nèi)管IGBT的PWM脈沖，使得所述外管IGBT先于所述內(nèi)管IGBT被關(guān)斷。進(jìn)一步的，所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路還包括阻斷電路和IGBT關(guān)斷電路；所述阻斷電路一端與所述故障檢測電路相連，用于當(dāng)所述故障檢測電路檢測到短路故障時(shí)，在預(yù)設(shè)時(shí)間長度內(nèi)阻斷所述PWM脈沖處理電路向所述功率放大電路發(fā)送PWM脈沖；所述IGBT關(guān)斷電路與所述故障檢測電路相連，用于當(dāng)所述故障檢測電路檢測到短路故障時(shí)，控制所述PWM脈沖處理電路向所述功率放大電路發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置，包括第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第一 IGBT模塊和第二 IGBT模塊，所述第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第一 IGBT模塊，所述第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第二 IGBT模塊；所述第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊均采用如權(quán)利要求2至7任一項(xiàng)所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊；所述第一 IGBT模塊包括第一外管IGBT和第一內(nèi)管IGBT，所述第二 IGBT模塊包括第二外管IGBT和第二內(nèi)管IGBT。本發(fā)明實(shí)施例提供的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路包括數(shù)字信號(hào)處理電路、PWM脈沖信號(hào)電路、PWM脈沖處理電路、功率放大電路、故障檢測電路、故障信號(hào)產(chǎn)生電路，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路去除了 IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，IGBT的開通和關(guān)斷都由數(shù)字信號(hào)處理電路來控制，保證了 IGBT不會(huì)被任意關(guān)斷，從而使得母線電壓不會(huì)全加載在IGBT上，有效地保護(hù)了 IGBT ;并且，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路減少了 IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，并不使用專門的驅(qū)動(dòng)模塊，節(jié)約了成本，同時(shí)減少了驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路占用面積，易于裝配；本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊中的數(shù)字信號(hào)處理電路用于當(dāng)接收到故障信號(hào)時(shí)，分別在預(yù)設(shè)時(shí)刻發(fā)送關(guān)斷外管IGBT和內(nèi)管IGBT的PWM脈沖，使得外管IGBT先于內(nèi)管IGBT被關(guān)斷。該IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路模塊化，能夠進(jìn)行獨(dú)立安裝和拆卸，提高了 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的通用性，從而提高產(chǎn)品開發(fā)效率和減小產(chǎn)品維護(hù)成本。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例中分立器件構(gòu)成的數(shù)字信號(hào)處理電路、PWM脈沖信號(hào)電路、PWM脈沖處理電路、功率放大電路、故障檢測電路、故障信號(hào)產(chǎn)生電路、IGBT關(guān)斷電路及阻斷電路使得二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置的定制或設(shè)計(jì)變得非常靈活方便。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)二極管箝位式三電平電路拓?fù)鋱D；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和外管IGBR驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的基本結(jié)構(gòu)不意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的另一種外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的包含阻斷電路的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的包含IGBT關(guān)斷電路的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不意圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例提供一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和模塊及其拓?fù)溲b置，以期滿足IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中IGBT有效保護(hù)的要求。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，包括數(shù)字信號(hào)處理電路、PWM脈沖信號(hào)電路、PWM脈沖處理電路、功率放大電路、故障檢測電路、故障信號(hào)產(chǎn)生電路；所述數(shù)字信號(hào)處理電路用于產(chǎn)生PWM脈沖；所述PWM脈沖信號(hào)電路用于對所述數(shù)字信號(hào)處理電路產(chǎn)生的PWM脈沖進(jìn)行光耦隔離；所述PWM脈沖處理電路與所述PWM脈沖信號(hào)電路相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理；所述功率放大電路與所述PWM脈沖處理電路相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行功率放大處理后形成IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后將所述IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給IGBT ；所述故障檢測電路與所述IGBT相連，用于檢測所述IGBT的短路故障；所述故障信號(hào)產(chǎn)生電路用于當(dāng)所述故障檢測電路檢測到短路故障時(shí)，產(chǎn)生故障信號(hào)并將其發(fā)送給所述數(shù)字信號(hào)處理電路；所述數(shù)字信號(hào)處理電路還用于當(dāng)接收到所述故障信號(hào)產(chǎn)生電路發(fā)送的故障信號(hào)后，發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖，使得IGBT被關(guān)斷。由上可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路包括數(shù)字信號(hào)處理電路，PWM脈沖信號(hào)電路、PWM脈沖處理電路、功率放大電路、故障檢測電路、故障信號(hào)產(chǎn)生電路，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路去除了用于自動(dòng)立即關(guān)斷IGBT的IGBT關(guān)斷電路和用于阻斷正常PWM脈沖的阻斷電路，將IGBT的開通和關(guān)斷交由數(shù)字信號(hào)處理電路來控制，保證了 IGBT不會(huì)被任意關(guān)斷，從而使得母線電壓不會(huì)全加載在IGBT上，有效地保護(hù)了 IGBT ;并且，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路減少了 IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，并不使用專門的驅(qū)動(dòng)模塊，節(jié)約了成本，同時(shí)減少了驅(qū)動(dòng)單元占用面積，易于裝配。參見圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供另一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路200，用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)IGBT100，二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路200包括數(shù)字信號(hào)處理電路201、PWM脈沖信號(hào)電路202、PWM脈沖處理電路203、功率放大電路204、故障檢測電路205、故障信號(hào)產(chǎn)生電路206 ；數(shù)字信號(hào)處理電路201用于產(chǎn)生PWM脈沖；PWM脈沖信號(hào)電路202用于對數(shù)字信號(hào)處理電路201所產(chǎn)生的PWM脈沖進(jìn)行光耦
隔離；PWM脈沖處理電路203與PWM脈沖信號(hào)電路202相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行電平轉(zhuǎn) 換處理；功率放大電路204與PWM脈沖處理電路203相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行功率放大處理后形成IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后將所述IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給IGBT100 ；故障檢測電路205與IGBT100相連，用于檢測IGBT100的短路故障；故障信號(hào)產(chǎn)生電路206用于當(dāng)故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，產(chǎn)生故障信號(hào)并將其發(fā)送給數(shù)字信號(hào)處理電路201 ；數(shù)字信號(hào)處理電路201還用于當(dāng)接收到故障信號(hào)產(chǎn)生電路206發(fā)送的故障信號(hào)后，發(fā)送關(guān)斷IGBT100的PWM脈沖，使得IGBT100被關(guān)斷。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路特別適用于二極管箝位式三電平拓?fù)潆娐分袃?nèi)管IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路將內(nèi)管IGBT的開通和關(guān)斷都交由數(shù)字信號(hào)處理電路來控制，因此保證了內(nèi)管IGBT不會(huì)被任意關(guān)斷，從而保重了母線電壓不會(huì)全部加載在內(nèi)管IGBT上，有效保護(hù)了內(nèi)管IGBT ；由上可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路200對IGBT的驅(qū)動(dòng)和關(guān)斷全部交由數(shù)字信號(hào)處理電路201來控制，與現(xiàn)有技術(shù)相比，去除了獨(dú)立關(guān)斷IGBT100的IGBT關(guān)斷電路和用于阻斷正常PWM脈沖的阻斷電路，使得IGBT100不會(huì)在任意時(shí)刻被關(guān)斷，由數(shù)字信號(hào)處理電路201來保證IGBT的關(guān)斷時(shí)刻，也保證了不會(huì)因?yàn)镮GBT100的關(guān)斷使得母線電壓全部加載在IGBT100上，有效地保護(hù)了 IGBT100 ;并且，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中減少了 IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，并不適用專門的驅(qū)動(dòng)模塊，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)減少IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路占用面積，易于裝配。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，包括外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路；所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路均采用上述二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路；并且，所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的數(shù)字信號(hào)處理電路和所述內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的數(shù)字信號(hào)處理電路為同一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理電路；所述數(shù)字信號(hào)處理電路還用于當(dāng)接收到故障信號(hào)時(shí)，分別在預(yù)設(shè)時(shí)刻發(fā)送關(guān)斷外管IGBT和內(nèi)管IGBT的PWM脈沖，使得所述外管IGBT先于所述內(nèi)管IGBT被關(guān)斷。需要說明的是，當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路或者內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的故障檢測電路都能檢測到該故障，當(dāng)數(shù)字信號(hào)處理電路接收到外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路或者內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的故障信號(hào)產(chǎn)生電路發(fā)送的故障信號(hào)時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理電路先發(fā)出關(guān)斷外管IGBT的PWM脈沖，延遲預(yù)設(shè)時(shí)間后再發(fā)出關(guān)斷內(nèi)管IGBT的PWM脈沖，使得外管IGBT先于內(nèi)管IGBT被關(guān)斷。所述延遲預(yù)設(shè)時(shí)間約為5毫秒左右，通過數(shù)字信號(hào)處理電路中的控制軟件實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路集成在同一塊PCB電路板上，以使得本發(fā)明實(shí)施例所述的驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊較好地集成化、一體化。由上可見，本實(shí)施例所提供的二極管箝位式IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊將外管IGBT和內(nèi)管IGBT的開通和關(guān)斷都交由數(shù)字信號(hào)處理電路來控制，使得外管IGBT和內(nèi)管IGBT的關(guān)斷順序得到控制，由于數(shù)字信號(hào)處理電路先向外管發(fā)送關(guān)斷的HVM脈沖，后向內(nèi)管發(fā)送關(guān)斷的PWM脈沖，使得外管IGBT先于內(nèi)管IGBT被關(guān)斷，因此避免了發(fā)生短路故障時(shí)母線電壓全部加載在內(nèi)管IGBT上導(dǎo)致內(nèi)管IGBT被損壞的問題；并且該IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊在三電平拓?fù)溲b置中有較好的通用性，例如可通用于三電平變頻器的三相整流橋IGBT和三相逆變橋 IGBT，可以獨(dú)立安裝或拆卸，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率，減小了產(chǎn)品維護(hù)成本。另外，該IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊中的外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路均去除了 IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，節(jié)約了大量成本，并減小了電路板所占體積。為了在發(fā)生短路故障時(shí)更好的保護(hù)IGBT，實(shí)現(xiàn)雙重保險(xiǎn)關(guān)斷，本發(fā)明實(shí)施例提供另一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，包括外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路；外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路參見圖3所示，內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路參見圖2所
/Jn ο內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路200包括PWM脈沖信號(hào)電路202、PWM脈沖處理電路203、功率放大電路204、故障檢測電路205和故障信號(hào)產(chǎn)生電路206 ；外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路300包括PWM脈沖信號(hào)電路202、PWM脈沖處理電路203、功率放大電路204、故障檢測電路205、故障信號(hào)產(chǎn)生電路206、阻斷電路207和IGBT關(guān)斷電路 208 ；同時(shí)，內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路還共同包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理電路201，即數(shù)字處理電路201既向內(nèi)管IGBT發(fā)送PWM脈沖，又向外管IGBT發(fā)送PWM脈沖；數(shù)字信號(hào)處理電路201用于產(chǎn)生PWM脈沖；PWM脈沖信號(hào)電路202用于對數(shù)字信號(hào)處理電路201所產(chǎn)生的PWM脈沖進(jìn)行光耦隔離；PWM脈沖處理電路203與PWM脈沖信號(hào)電路202相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理；功率放大電路204與PWM脈沖處理電路203相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行功率放大處理后形成IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后將所述IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給IGBT100 ;故障檢測電路205與IGBT100相連，用于檢測IGBT100的短路故障；故障信號(hào)產(chǎn)生電路206用于當(dāng)故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，產(chǎn)生故障信號(hào)并將其發(fā)送給數(shù)字信號(hào)處理電路201 ；數(shù)字信號(hào)處理電路201還用于當(dāng)接收到故障信號(hào)時(shí)，向PWM脈沖信號(hào)電路202發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖；阻斷電路207 —端與故障檢測電路205相連，用于當(dāng)故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，在預(yù)設(shè)時(shí)間長度內(nèi)阻斷PWM脈沖處理電路203向功率放大電路204發(fā)送PWM脈沖；IGBT關(guān)斷電路208與故障檢測電路205相連，用于當(dāng)故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，控制PWM脈沖處理電路203向功率放大電路204發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖。需要說明的是，當(dāng)外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路300中的故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，IGBT關(guān)斷電路立馬將外管IGBT關(guān)斷，而在故障信號(hào)傳送到數(shù)字信號(hào)處理電路201之前，數(shù)字信號(hào)處理電路201仍然是在發(fā)送正常的PWM脈沖，為了防止外管IGBT被打開，因此設(shè)置了阻斷電路207，阻斷電路207用于阻斷該正常的PWM脈沖到達(dá)外管IGBT，阻斷時(shí)間約6. 3毫秒，經(jīng)過這段時(shí)間，數(shù)字信號(hào)處理電路201已收到來自故障信號(hào)產(chǎn)生電路206所發(fā)出的故障信號(hào)，并發(fā)出關(guān)斷IGBT的PWM脈沖，那么外管IGBT將繼續(xù)保持關(guān)斷狀態(tài)，不會(huì)被打開；內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路200中的故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，從故障檢測電路205檢測到故障、故障信號(hào)產(chǎn)生電路206產(chǎn)生故障信號(hào)，再到數(shù)字信號(hào)處理電路201接收故障信號(hào)和發(fā)送關(guān)斷內(nèi)管IGBT的PWM脈沖，該P(yáng)WM脈沖再經(jīng)過PWM信號(hào)電路202、PWM·信號(hào)處理電路203、功率放大電路204，這需要經(jīng)過一小段時(shí)間，這些因素保證了內(nèi)管IGBT不會(huì)被馬上關(guān)斷；并且本實(shí)施例中的數(shù)字信號(hào)處理電路201會(huì)在收到故障信號(hào)時(shí)，先發(fā)送關(guān)斷外管IGBT的PWM脈沖、再發(fā)送關(guān)斷內(nèi)管IGBT的PWM脈沖，因此為快速關(guān)斷外管IGBT并使外管IGBT保持在關(guān)斷狀態(tài)加上了雙保險(xiǎn)。進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例中的阻斷電路207的結(jié)構(gòu)參見圖4所示，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和電容C ;第一電阻Rl和第二電阻R2組成串聯(lián)電路，電容C與該串聯(lián)電路并聯(lián)組成并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的一端與故障檢測電路205相連，另一端與第三電阻R3的一端相連，第三電阻R3的另一端與PWM脈沖處理電路203相連；需要說明的是，在電路正常工作的情況下，當(dāng)輸入的PWM脈沖為低電平時(shí)，則PWM脈沖處理電路203中的三極管Ql飽和導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)信號(hào)GTl為高電平，通過功率放大電路204驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通；當(dāng)輸入的PWM脈沖為高電平時(shí)，三極管Ql截止，驅(qū)動(dòng)信號(hào)GTl為低電平，實(shí)現(xiàn)IGBT負(fù)電壓關(guān)斷，電路正常工作時(shí)，故障檢測電路205輸出的信號(hào)F-VCE為高電平，阻斷電路207兩端電壓相同，阻斷電路207不起作用。當(dāng)故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，故障檢測電路205輸出的信號(hào)F-VCE變?yōu)榈碗娖剑螂娙軨上的電壓不能突變，電容C相當(dāng)于導(dǎo)通狀態(tài)，阻斷電路207中的第三電阻R3和PWM脈沖處理電路203中的第五電阻R5分壓，三極管Ql的發(fā)射極端GQl電壓變低，從而三極管Ql導(dǎo)通，此時(shí)，不論輸入的PWM脈沖是高電平還是低電平，三極管Ql都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電容C不斷充電，兩端電壓升高，當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間后，如6. 3毫秒，電容C充電完畢，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第五電阻R5分壓，三極管Ql的發(fā)射極端GQl電壓升高，三極管Ql的導(dǎo)通和關(guān)斷受輸入的PWM脈沖控制，阻斷電路工作完畢。本發(fā)明實(shí)施中的IGBT關(guān)斷電路的結(jié)構(gòu)參見圖5所示，IGBT關(guān)斷電路包括第一二極管Dl和第四電阻R4，第一二極管Dl的陰極與故障檢測電路205相連，第一二極管Dl的陽極與第四電阻R4的一端相連，第四電阻R4的另一端與PWM脈沖處理電路203的輸出端相連；進(jìn)一步的，IGBT關(guān)斷電路還包括第二二極管D2，第二二極管D2與第一二極管Dl并聯(lián)，使得IGBT關(guān)斷電路更快地對外管IGBT進(jìn)行關(guān)斷。
需要說明的是，在電路正常工作的情況下，故障檢測電路205輸出的信號(hào)F-VCE為高電平，IGBT關(guān)斷電路不起作用，當(dāng)故障檢測電路205檢測到短路故障時(shí)，F(xiàn)-VCE變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)IGBT關(guān)斷電路中的第一二極管Dl導(dǎo)通，第四電阻R4連接PWM脈沖處理電路203的一端GTl的電勢被拉低，從而實(shí)現(xiàn)IGBT負(fù)電壓關(guān)斷。本發(fā)明上述實(shí)施例中提供的阻斷電路和IGBT關(guān)斷電路均由分立器件構(gòu)成，對電路的定制或設(shè)計(jì)較靈活方便。由上可見，本實(shí)施例提供的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊包括外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的IGBT關(guān)斷電路立即將外管IGBT關(guān)斷，待數(shù)字信號(hào)處理電路收到故障信號(hào)時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理電路再發(fā)出關(guān)斷IGBT的PWM脈沖，使得內(nèi)管IGBT也被關(guān)斷，由于內(nèi)管IGBT后于外管IGBT被關(guān)斷，所以母線電壓不會(huì)全部加載在內(nèi)管IGBT上，有效地保護(hù)了內(nèi)管IGBT ；并且，由于本發(fā)明實(shí)施例提供中的內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路減少了 IGBT關(guān)斷電路和阻斷電 路，并不使用專門的驅(qū)動(dòng)模塊，節(jié)約了成本，同時(shí)減少了驅(qū)動(dòng)單元占用面積，易于裝配；同時(shí)該IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊在三電平拓?fù)溲b置中可以獨(dú)立安裝或拆卸，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率，減小了產(chǎn)品維護(hù)成本。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置，該裝置包括第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第一 IGBT模塊和第二 IGBT模塊，所述第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第一 IGBT模塊，所述第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第二 IGBT模塊；所述第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊均采用如上述任一實(shí)施例所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊；所述第一 IGBT模塊包括第一外管IGBT和第一內(nèi)管IGBT，所述第二 IGBT模塊包括第二外管IGBT和第二內(nèi)管IGBT。需要說明的是，上述第一外管IGBT的發(fā)射極與第一箝位二極管的負(fù)極相連；所述第二外管IGBT的集電極與第二箝位二極管的正極相連。進(jìn)一步的，第一 IGBT模塊和第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊集成為一體，第二 IGBT模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊集成為一體。由上可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置中第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊中的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路均去除IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，或者僅內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中去除掉IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，內(nèi)管IGBT不會(huì)被立馬關(guān)斷，而是經(jīng)過一段時(shí)間后由數(shù)字信號(hào)處理電路關(guān)斷，數(shù)字信號(hào)處理電路保證了內(nèi)管IGBT后于外管IGBT被關(guān)斷，從而使得母線電壓不會(huì)全加載在內(nèi)管IGBT上，有效地保護(hù)了內(nèi)管IGBT ;并且該裝置能夠進(jìn)行模塊化安裝和拆卸，提高了 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的通用性，從而提高產(chǎn)品開發(fā)效率和減小產(chǎn)品維護(hù)成本。本發(fā)明實(shí)施例還提供另一種二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置，該裝置包括第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第一 IGBT模塊和第二 IGBT模塊，所述第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第一 IGBT模塊，所述第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第二 IGBT模塊；第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊為上述任一實(shí)施例所提供的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊；第一 IGBT模塊和第二 IGBT模塊參見圖6所示，第一 IGBT模塊包括第一外管Tl和第一內(nèi)管T2，第二 IGBT模塊包括第二外管T4和第二內(nèi)管T3，第一外管Tl的發(fā)射極與第一箝位二極管D5的負(fù)極相連，第二外管T4的集電極與第二箝位二極管D6的正極相連。需要說明的是，第一 IGBT模塊還包括第一續(xù)流二極管Dl、第二續(xù)流二極管D2，Tl、T2、Dl和D2封裝在一起以形成第一 IGBT模塊；第二 IGBT模塊還包括第三續(xù)流二極管D3、第四續(xù)流二極管D4，T3、T4、D3和D4封裝在一起以形成第二 IGBT模塊。本發(fā)明實(shí)施例提供的拓?fù)溲b置中 的第一 IGBT模塊和第二 IGBT模塊中的IGBT串聯(lián)在一起，因此任一 IGBT發(fā)生短路故障時(shí)，第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊中的故障檢測電路均能檢測到該短路故障，由數(shù)字信號(hào)處理電路先發(fā)送關(guān)斷外管IGBT的PWM脈沖，再發(fā)送關(guān)斷內(nèi)管IGBT的PWM脈沖；或者IGBT關(guān)斷電路即刻關(guān)斷外管IGBT，然后待數(shù)字信號(hào)處理電路接收到故障信號(hào)后發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖，因此保證了內(nèi)管IGBT后于外管IGBT被關(guān)斷，從而使得母線電壓不會(huì)全加載在內(nèi)管IGBT上，有效地保護(hù)了 IGBT ;并且，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路減少了 IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，并不使用專門的驅(qū)動(dòng)模塊，節(jié)約了成本，同時(shí)減少了驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路占用的面積，易于裝配；進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例提供的二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置的第一 IGBT模塊、第二 IGBT模塊、第一IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和第二 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊均為集成化一體化的器件，且第一 IGBT模塊和第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊連接成一體，第二 IGBT模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊連接成一體，因此整個(gè)三電平拓?fù)溲b置非常方便進(jìn)行模塊化安裝和拆卸，提高了 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路及其模塊的通用性，從而提高產(chǎn)品開發(fā)效率和減小產(chǎn)品維護(hù)成本。以上對本發(fā)明實(shí)施例所提供的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和模塊及其拓?fù)溲b置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于，包括數(shù)字信號(hào)處理電路、PWM脈沖信號(hào)電路、PWM脈沖處理電路、功率放大電路、故障檢測電路、故障信號(hào)產(chǎn)生電路； 所述數(shù)字信號(hào)處理電路用于產(chǎn)生PWM脈沖； 所述PWM脈沖信號(hào)電路用于對所述數(shù)字信號(hào)處理電路產(chǎn)生的PWM脈沖進(jìn)行光耦隔離； 所述PWM脈沖處理電路與所述PWM脈沖信號(hào)電路相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理； 所述功率放大電路與所述PWM脈沖處理電路相連，用于對PWM脈沖進(jìn)行功率放大處理后形成IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后將所述IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給IGBT ； 所述故障檢測電路與所述IGBT相連，用于檢測所述IGBT的短路故障； 所述故障信號(hào)產(chǎn)生電路用于當(dāng)所述故障檢測電路檢測到短路故障時(shí)，產(chǎn)生故障信號(hào)并將其發(fā)送給所述數(shù)字信號(hào)處理電路； 所述數(shù)字信號(hào)處理電路還用于當(dāng)接收到所述故障信號(hào)產(chǎn)生電路發(fā)送的故障信號(hào)后，發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖，使得IGBT被關(guān)斷。
2.一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，其特征在于，包括外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路； 所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路均采用如權(quán)利要求I所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，并且所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的數(shù)字信號(hào)處理電路和所述內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中的數(shù)字信號(hào)處理電路為同一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理電路； 所述數(shù)字信號(hào)處理電路還用于當(dāng)接收到故障信號(hào)時(shí)，分別在預(yù)設(shè)時(shí)刻發(fā)送關(guān)斷外管IGBT和內(nèi)管IGBT的PWM脈沖，使得所述外管IGBT先于所述內(nèi)管IGBT被關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，其特征在于，所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路還包括阻斷電路和IGBT關(guān)斷電路； 所述阻斷電路一端與所述故障檢測電路相連，用于當(dāng)所述故障檢測電路檢測到短路故障時(shí)，在預(yù)設(shè)時(shí)間長度內(nèi)阻斷所述PWM脈沖處理電路向所述功率放大電路發(fā)送PWM脈沖； 所述IGBT關(guān)斷電路與所述故障檢測電路相連，用于當(dāng)所述故障檢測電路檢測到短路故障時(shí)，控制所述PWM脈沖處理電路向所述功率放大電路發(fā)送關(guān)斷IGBT的PWM脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，其特征在于，所述外管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路集成在一塊PCB電路板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，其特征在于，所述阻斷電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和電容； 所述第一電阻和第二電阻組成串聯(lián)電路；所述電容與所述串聯(lián)電路組成并聯(lián)電路；所述并聯(lián)電路的一端與所述故障檢測電路相連，另一端與所述第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端與所述PWM脈沖處理電路相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，其特征在于，所述IGBT關(guān)斷電路包括第一二極管和第四電阻； 所述第一二極管的陰極與所述故障檢測電路相連，第一二極管的陽極與所述第四電阻的一端相連，所述第四電阻的另一端與所述PWM脈沖處理電路相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，其特征在于，所述IGBT關(guān)斷電路還包括第二二極管，所述第二二極管與所述第一二極管并聯(lián)。
8.一種二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置，其特征在于，包括第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、第一 IGBT模塊和第二 IGBT模塊，所述第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第一IGBT模塊，所述第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)所述第二 IGBT模塊； 所述第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊均采用如權(quán)利要求2至7任一項(xiàng)所述的二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊； 所述第一 IGBT模塊包括第一外管IGBT和第一內(nèi)管IGBT，所述第二 IGBT模塊包括第二外管IGBT和第二內(nèi)管IGBT。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置，其特征在于，所述第一外管IGBT的發(fā)射極與第一箝位二極管的負(fù)極相連；所述第二外管IGBT的集電極與第二箝位二極管的正極相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二極管箝位式三電平拓?fù)溲b置，其特征在于，所述第一IGBT模塊和第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊集成為一體，所述第二 IGBT模塊和第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊集成為一體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二極管箝位式三電平IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和模塊及其拓?fù)溲b置。本發(fā)明實(shí)施例中的內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與現(xiàn)有技術(shù)相比，內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路去除了IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，將IGBT的開通與關(guān)斷交由數(shù)字信號(hào)處理電路來控制，使得內(nèi)管IGBT不會(huì)被任意關(guān)斷，并控制外管IGBT先于內(nèi)管IGBT被關(guān)斷，從而使得母線電壓不會(huì)加載在內(nèi)管IGBT上而損壞內(nèi)管IGBT，有效地保護(hù)了內(nèi)管IGBT，并且，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)管IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路減少了IGBT關(guān)斷電路和阻斷電路，并不使用專門的驅(qū)動(dòng)模塊，節(jié)約了成本，同時(shí)減少了驅(qū)動(dòng)單元占用面積，易于裝配。
文檔編號(hào)H02H7/10GK102904217SQ20121038710
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者申大力 申請人:深圳市英威騰電氣股份有限公司