大功率變頻調(diào)速裝置中的igbt并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路，其技術(shù)特點包括以下步驟：包括IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路、短路檢測保護電路和浪涌電壓抑制電路，所述短路檢測保護電路一端通過光電隔離電路與主控制器連接，該短路檢測保護電路另一端通過浪涌電壓抑制電路與IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路相連接，該IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路與并聯(lián)的兩支IGBT相連接。本實用新型通過光電隔離電路接收主控器傳送來的驅(qū)動信號，經(jīng)功率放大電路提供瞬時大功率驅(qū)動信號并驅(qū)動并聯(lián)IGBT，使門極電壓同步實現(xiàn)最佳動態(tài)均流，同時對Uce過電壓和IGBT短路進行檢測保護，提高IGBT并聯(lián)工作的可靠性和穩(wěn)定性。
【專利說明】大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于大功率變頻調(diào)速裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著大功率變頻調(diào)速裝置廣泛的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，單支IGBT模塊已不能滿足大功率交流設(shè)備要求，而多支IGBT并聯(lián)的主回路解決方案因其性價比高、熱分布均勻、電流密度大、布局靈活已經(jīng)成為一種設(shè)計趨勢。由于并聯(lián)IGBT之間靜態(tài)與動態(tài)性能的差異會影響開關(guān)特性及均流效果，因此，很容易造成IGBT損壞。除了采取同一批次IGBT保證其參數(shù)盡量一致外，門極驅(qū)動電路設(shè)計對于并聯(lián)應(yīng)用實現(xiàn)動態(tài)均流起到至關(guān)重要的作用，需要更加優(yōu)化可靠的驅(qū)動及保護電路，現(xiàn)有驅(qū)動及保護電路的可靠性及穩(wěn)定性均存在一定的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、可靠性高且穩(wěn)定性強的大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路。
[0004]本實用新型解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路，包括IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路、短路檢測保護電路和浪涌電壓抑制電路，所述短路檢測保護電路一端通過光電隔離電路與主控制器連接，該短路檢測保護電路另一端通過浪涌電壓抑制電路與IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路相連接，該IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路與并聯(lián)的兩支IGBT相連接。
[0006]而且，所述IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路包括功率放大器V1、功率放大器V2、開通驅(qū)動電阻RonlOl、開通驅(qū)動電阻Ron 102、開通驅(qū)動電阻Ron201、開通驅(qū)動電阻Ron202、關(guān)斷驅(qū)動二極管DofflOl、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff 102、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff201、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff202、開通驅(qū)動二極管Don、關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff以及四個IGBT門極限幅二極管；開通驅(qū)動電阻RonlOl與關(guān)斷驅(qū)動二極管DofTlOl并聯(lián)后一端連接在兩個功率放大器的共發(fā)射極上，另一端連接在第一 IGBT的門極上，開通驅(qū)動電阻Ronl02與關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff 102并聯(lián)后一端連接在第一 IGBT的發(fā)射極上，另一端通過并聯(lián)的開通驅(qū)動二極管Don、關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff與地相連接；開通驅(qū)動電阻Ron201與關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff201并聯(lián)后一端連接在兩個功率放大器的共發(fā)射極上，另一端連接在第二 IGBT的門極上，開通驅(qū)動電阻Ron202與關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff202并聯(lián)后一端連接在第二 IGBT的發(fā)射極上，另一端通過并聯(lián)的開通驅(qū)動二極管Don、關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff與地相連接；四個IGBT門極限幅二極管分別連接到二個IGBT的門極上。
[0007]而且，所述短路檢測保護電路包括陰極連接到并聯(lián)IGBT集電極的高壓恢復(fù)二極管D1，與高壓恢復(fù)二極管Dl陽極連接的限流電阻R1，限流電阻Rl左端接濾波電容Cl，再通過電阻R2，反向連接二極管D2連接到驅(qū)動信號；濾波電容Cl兩端并聯(lián)二極管D3和電阻R3作為放電回路，濾波電容Cl上端通過二極管D4及閾值電壓設(shè)置穩(wěn)壓二極管ZDl控制三極管V3，三極管V3的be之間接電阻R4，三極管V3集電極一方面通過上拉電阻R5到正電源，另一方面通過電阻R6和反接二極管D5連接到驅(qū)動信號；電阻R7、電阻R8和三極管V4組成故障返回電路，電阻R7為三極管V4基射電阻，R8為三極管V4集電極上拉電阻，故障信號從三極管V4集電極引出。
[0008]而且，所述浪涌電壓抑制電路包括串聯(lián)反接到IGBT集電極的五個浪涌抑制器件，浪涌抑制器件TVS5陽極通過二極管Dll和二極管D12分別連到兩個并聯(lián)IGBT的門極，浪涌抑制器件TVS5陽極另一支路通過電阻R12和正接二極管D13連到驅(qū)動功率放大器前，浪涌抑制器件TVS3的陽極通過電容C2、電阻R13與二極管D13陽極相連。
[0009]本實用新型的優(yōu)點和積極效果是:
[0010]1、本實用新型通過光電隔離電路接收主控器傳送來的驅(qū)動信號，經(jīng)功率放大電路提供瞬時大功率驅(qū)動信號并驅(qū)動并聯(lián)IGBT，使門極電壓同步實現(xiàn)最佳動態(tài)均流，同時對Uce過電壓和IGBT短路進行檢測保護，提高IGBT并聯(lián)工作的可靠性和穩(wěn)定性。
[0011]2、本實用新型的驅(qū)動功率大單路驅(qū)動可達到2W，可驅(qū)動兩并聯(lián)、三并聯(lián)大功率IGBT,同步一致性好相位差小于5ns，均流特性佳同相IGBT發(fā)熱溫度差小于3°C，電路性能可靠，由于采用了快速二極管等元件保護動作靈敏，可保護大功率并聯(lián)IGBT可靠運行，保護IGBT不因短路或過壓而損壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的電路圖。

【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述。
[0014]一種大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路，如圖1所示，包括IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路1、短路檢測保護電路2和浪涌電壓抑制電路3，該短路檢測保護電路一端通過光電隔離電路與主控制器連接，該短路檢測保護電路另一端通過浪涌電壓抑制電路與IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路相連接，該IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路與并聯(lián)的兩支IGBT相連接。下面對各個電路分別進行說明:
[0015]IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路包括驅(qū)動信號推挽功率放大器Vl和V2、第一 IGBT開通驅(qū)動電阻RonlOl和Ronl02、第二 IGBT開通驅(qū)動電阻Ron201和Ron202、第一IGBT關(guān)斷驅(qū)動二極管DofflOl和DofT102、第二 IGBT關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff201和Doff202、開通驅(qū)動二極管Don、關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff、以及IGBT門極限幅二極管DlOl、D102、D201和D202。并聯(lián)IGBT開通時，驅(qū)動信號高經(jīng)過Vl功率放大，經(jīng)開通驅(qū)動電阻RonlOl、IGBTl門極、IGBTl發(fā)射極、開通驅(qū)動電阻Ronl02和開通二極管Don控制IGBTl導(dǎo)通，經(jīng)開通驅(qū)動電阻Ron201、IGBT2門極、IGBT2發(fā)射極、開通驅(qū)動電阻Ron202和開通二極管Don控制IGBT2導(dǎo)通。并聯(lián)IGBT關(guān)斷時，驅(qū)動信號低V2導(dǎo)通，電源地經(jīng)過關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff 102、IGBTl發(fā)射極、IGBTl門極、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff 101、功率管V2到負電源，關(guān)斷IGBT1，電源地經(jīng)過關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff202、IGBT2發(fā)射極、IGBT2門極、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff201、功率管V2到負電源，關(guān)斷IGBT2。
[0016]在本并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路中，開通驅(qū)動電阻和驅(qū)動關(guān)斷驅(qū)動電阻獨立，每個IGBT有自己單獨驅(qū)動電阻，IGBTl的驅(qū)動電阻為開通驅(qū)動電阻RonlOl、Ronl02和關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff，開通驅(qū)動電阻RonlOl、Ronl02分別串到門極和發(fā)射極，開通驅(qū)動二極管Don使IGBTl驅(qū)動高電平導(dǎo)通，開通驅(qū)動電阻RonlOl串聯(lián)Ronl02，DofflOU Doffl02在驅(qū)動低電平時導(dǎo)通，IGBTl門極關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff，使IGBTl開通和關(guān)斷時阻抗不同，可調(diào)整IGBTl開通和關(guān)斷邊沿。IGBTl門極限幅二極管D101、D102限幅門極驅(qū)動電平，保護IGBTl門極。IGBT2的驅(qū)動電阻為開通驅(qū)動電阻Ron201、Ron202和關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff，開通驅(qū)動電阻Ron201、Ron202分別串到門極和發(fā)射極，開通驅(qū)動二極管Don使IGBT2驅(qū)動高電平導(dǎo)通，開通驅(qū)動電阻Ron201串聯(lián)Ron202，Doff201、Doff202在驅(qū)動低電平時導(dǎo)通，IGBT2門極關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff，使IGBT2開通和關(guān)斷時阻抗不同，可調(diào)整IGBT2開通和關(guān)斷邊沿。IGBT2門極限幅二極管D201、D202限幅門極驅(qū)動電平，保護IGBT2門極。在本部分電路中，二極管采用大電流密度肖特基二極管，導(dǎo)通壓降低，電流大。并聯(lián)IGBT驅(qū)動電阻分開可以降低由于IGBT靜態(tài)特性偏差引起的動態(tài)不平衡，開通驅(qū)動電阻Ronl02、Ron202串到兩個發(fā)射極，IGBT開通不一致不平衡動態(tài)電流在兩個發(fā)射極的雜散電感壓降不一致，反映到Ronl02、Ron202壓降不同，使開通快的IGBT門極電壓下降，開通慢的IGBT門極電壓上升，動態(tài)電流趨近平衡。
[0017]短路檢測保護電路通過檢測并聯(lián)IGBT導(dǎo)通時的Uce管壓降進行保護，超過保護閾值封鎖驅(qū)動信號并返回報警信號。該電路包括陰極連接到并聯(lián)IGBT集電極的高壓恢復(fù)二極管D1，在本實施例中，二極管Dl的反向電壓1000V，恢復(fù)時間120ns，與Dl陽極連接的限流電阻Rl，Rl左端接濾波電容Cl，再通過電阻R2，反向連接二極管D2連接到驅(qū)動信號；濾波電容Cl兩端并聯(lián)二極管D3和電阻R3作為放電回路，該濾波電容Cl的容值可設(shè)置短路反應(yīng)盲區(qū)時間，濾波電容Cl上端通過二極管D4及閾值電壓設(shè)置穩(wěn)壓二極管ZDl控制三極管V3，V3的be之間接電阻R4，V3集電極一方面通過上拉電阻R5到正電源另一方面通過電阻R6和反接二極管D5連接到驅(qū)動信號；電阻R7、R8和三極管V4組成故障返回電路，R7為V4基射電阻，R8為V4集電極上拉電阻，故障信號從V4集電極引出。
[0018]在本短路檢測保護電路中，主控器發(fā)出的驅(qū)動信號經(jīng)隔離為脈沖信號，高電平開通IGBT，低電平關(guān)斷IGBT。驅(qū)動低電平時，Cl上端Ua電壓為零，V3關(guān)斷，V4開通，返回信號為低電平；驅(qū)動為高電平，IGBT開通且未出現(xiàn)短路時，Cl上端電位Ua為IGBT導(dǎo)通壓降加二極管Dl管壓降，低于穩(wěn)壓管ZDl值，V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，返回信號為低電平；當(dāng)驅(qū)動信號高電平，IGBT導(dǎo)通出現(xiàn)短路時，IGBT導(dǎo)通壓降迅速增加，Cl上端電位Ua達到ZDl擊穿閾值，V3開通，Rll左端驅(qū)動高電平通過D5、R6、V3拉到低電平，IGBT門極為負電平，IGBT關(guān)斷，保護IGBT免于短路損壞，同時V4由于V3開通而關(guān)斷，返回信號為高電平，輸出故障信號。
[0019]浪涌電壓抑制電路利用并聯(lián)IGBT的集射極電壓反饋，通過集電極反接TVS及二極管電路箝位集射極電壓并提高門極電位來控制IGBT關(guān)斷過程。該浪涌電壓抑制電路包括串聯(lián)反接到集電極的TVSl?TVS5，TVS5陽極通過兩個二極管Dll和D12分別連到兩個并聯(lián)IGBT的門極，TVS5陽極另一支路通過電阻R12和正接二極管D13連到驅(qū)動功率放大前，TVS3的陽極通過阻容C2、R13與二極管D13陽極相連。在本實施例中，TVS擊穿電壓為200V，峰值脈沖功率600W(10/1000us)。當(dāng)并聯(lián)IGBT關(guān)斷浪涌電壓大于600V時，幅值較低的浪涌毛刺擊穿TVS1、TVS2、TVS3，通過C2、R13、D13濾掉，浪涌電壓大于100V時，TVSl?TVS5均被擊穿箝位集射極電壓Uce，與TVS5串聯(lián)的二極管Dll和D12導(dǎo)通，電流流過門極，門極電壓無延時升高，IGBT關(guān)斷過程減慢，抑制了浪涌。另一路，TVS擊穿電流經(jīng)R12和D13到驅(qū)動前級，通過驅(qū)動放大使門極電壓升高，IGBT關(guān)斷過程減慢并減小了 TVS電流和功耗。
[0020]需要強調(diào)的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路，其特征在于:包括IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路、短路檢測保護電路和浪涌電壓抑制電路，所述短路檢測保護電路一端通過光電隔離電路與主控制器連接，該短路檢測保護電路另一端通過浪涌電壓抑制電路與IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路相連接，該IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路與并聯(lián)的兩支IGBT相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路，其特征在于:所述IGBT并聯(lián)同步驅(qū)動及動態(tài)均流電路包括功率放大器V1、功率放大器V2、開通驅(qū)動電阻Ron 11、開通驅(qū)動電阻Ron 102、開通驅(qū)動電阻Ron201、開通驅(qū)動電阻Ron202、關(guān)斷驅(qū)動二極管DofflO1、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff 102、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff201、關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff202、開通驅(qū)動二極管Don、關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff以及四個IGBT門極限幅二極管；開通驅(qū)動電阻RonlOl與關(guān)斷驅(qū)動二極管DofTlOl并聯(lián)后一端連接在兩個功率放大器的共發(fā)射極上，另一端連接在第一 IGBT的門極上，開通驅(qū)動電阻Ronl02與關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff 102并聯(lián)后一端連接在第一 IGBT的發(fā)射極上，另一端通過并聯(lián)的開通驅(qū)動二極管Don、關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff與地相連接；開通驅(qū)動電阻Ron201與關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff201并聯(lián)后一端連接在兩個功率放大器的共發(fā)射極上，另一端連接在第二 IGBT的門極上，開通驅(qū)動電阻Ron202與關(guān)斷驅(qū)動二極管Doff202并聯(lián)后一端連接在第二 IGBT的發(fā)射極上，另一端通過并聯(lián)的開通驅(qū)動二極管Don、關(guān)斷驅(qū)動電阻Roff與地相連接；四個IGBT門極限幅二極管分別連接到二個IGBT的門極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路，其特征在于:所述短路檢測保護電路包括陰極連接到并聯(lián)IGBT集電極的高壓恢復(fù)二極管D1，與高壓恢復(fù)二極管Dl陽極連接的限流電阻R1，限流電阻Rl左端接濾波電容Cl，再通過電阻R2，反向連接二極管D2連接到驅(qū)動信號；濾波電容Cl兩端并聯(lián)二極管D3和電阻R3作為放電回路，濾波電容Cl上端通過二極管D4及閾值電壓設(shè)置穩(wěn)壓二極管ZDl控制三極管V3，三極管V3的be之間接電阻R4，三極管V3集電極一方面通過上拉電阻R5到正電源，另一方面通過電阻R6和反接二極管D5連接到驅(qū)動信號；電阻R7、電阻R8和三極管V4組成故障返回電路，電阻R7為三極管V4基射電阻，R8為三極管V4集電極上拉電阻，故障信號從三極管V4集電極引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變頻調(diào)速裝置中的IGBT并聯(lián)驅(qū)動及檢測保護電路，其特征在于:所述浪涌電壓抑制電路包括串聯(lián)反接到IGBT集電極的五個浪涌抑制器件，浪涌抑制器件TVS5陽極通過二極管Dll和二極管D12分別連到兩個并聯(lián)IGBT的門極，浪涌抑制器件TVS5陽極另一支路通過電阻R12和正接二極管D13連到驅(qū)動功率放大器前，浪涌抑制器件TVS3的陽極通過電容C2、電阻R13與二極管D13陽極相連。
【文檔編號】H02H9/04GK204216868SQ201420674182
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】安洋, 王洪慶, 金書輝, 郭清臣, 安健辰, 付明志 申請人:天津電氣科學(xué)研究院有限公司