智能數(shù)字化大功率igbt驅動裝置的制造方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及兆瓦級變流器驅動領域，特別涉及一種智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置。
【【背景技術】】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)是由 BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，其兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點，因而非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。而IGBT驅動電路是驅動IGBT模塊以能讓其正常工作，并同時對其進行保護的電路，它起到至關重要的作用。
[0003]現(xiàn)有成熟的IGBT驅動電路大致可分為3類:
[0004]第一類:單一功能型，該類型的IGBT驅動電路由光耦和功率緩沖器組成，如HCPL-3150。然而，該類型的驅動電路在實際應用時需另加入隔離驅動電源、邏輯處理電路等，因而結構比較復雜。另外，該類型的驅動電路的驅動能力有限，例如，當需要驅動600A以上的IGBT時，需要外接更大的功率緩沖電路實現(xiàn)。
[0005]第二類:多功能型，雖然該類型的IGBT驅動電路除了提供直接驅動IGBT功能外，還可以提供必要的短路保護功能，如三菱公司的M57962等。然而，與單一功能型的IGBT驅動電路一樣，也存在驅動能力有限的問題。
[0006]第三類:全功能型，該類型的IGBT驅動電路，如CONCEPT公司的SCALE2
[0007]系列驅動模塊，雖然自帶電源欠壓保護功能和復位功能，但是其不能抑制反向恢復電流并削弱IGBT的米勒效應。
[0008]因此，有必要提供一種智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置來克服上述問題。
【【實用新型內容】】
[0009]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足提供一種智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置，其能抑制反向恢復電流并削弱米勒效應，且驅動性能穩(wěn)定、可靠。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置包括隔離電源模塊、輸入信號轉換模塊、CPLD數(shù)字控制模塊、有源嵌位反饋模塊、兩級退飽和檢測模±夬、di/dt檢測模塊和多級門極電阻驅動模塊，CPLD數(shù)字控制模塊的電源端與隔離電源模塊連接，CPLD數(shù)字控制模塊的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端分別與輸入信號轉換模塊、有源嵌位反饋模塊、兩級退飽和檢測模塊以及di/dt檢測模塊的輸出端連接，有源嵌位反饋模塊的輸入端和兩級退飽和檢測模塊的輸入端均與IGBT模塊的集電極連接，di/dt檢測模塊的輸入端與IGBT模塊的發(fā)射極連接，所述多級門極電阻驅動模塊包括變門極電阻單元以及并聯(lián)連接的第一門極開通電阻、第一門極關斷電阻、第二門極開通電阻和第二門極關斷電阻，變門極電阻單元的輸入端與CPLD數(shù)字控制模塊的第一輸出端連接，第一門極開通電阻、第一門極關斷電阻、第二門極開通電阻和第二門極關斷電阻的輸入端分別通過四個開關與變門極電阻單元的輸出端連接，第一門極開通電阻、第一門極關斷電阻、第二門極開通電阻和第二門極關斷電阻的輸出端均與IGBT模塊的門極連接。
[0011]優(yōu)選地，變門極電阻單元包括兩個漏極相連接的第一 NMOS管和第二
[0012]NMOS管以及兩個源極相連的第一 PMOS管和第二 PMOS管，第一 NMOS管的源極與第一 PMOS管的漏極連接，第二 NMOS管的源極與第二 PMOS管的漏極連接。
[0013]優(yōu)選地，所述開關為功率M0SFET，其最大驅動電流可達30A，開關信號由CPLD送出，目前可正常驅動至少4500V等級的IGBT。
[0014]優(yōu)選地，隔離電源模塊包括DC/DC變換器和欠壓保護模塊，欠壓保護模塊與DC/DC變換器的輸出端連接，欠壓保護模塊的輸出端與CPLD數(shù)字控制模塊的電源端連接。
[0015]優(yōu)選地，CPLD數(shù)字控制模塊的第二輸出端連接有報警器。
[0016]優(yōu)選地，CPLD數(shù)字控制模塊的第三輸出端連接有LED指示模塊。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0018]第一、由于本實用新型的IGBT驅動模塊采用了多級門極電阻驅動模塊，即采用了多級門極開通/關斷電阻，在PWM到來的時刻，先用小電阻開通，減小延遲時間，在電流IC上升之前改成較大的電阻，以限制di/dt從而限制電流尖峰的大小，在門極電壓到達米勒平臺后，再次切換為小電阻增大門極電流，進而減小了米勒效應時間；關斷時亦同理。
[0019]第二、由于IGBT的開通損耗與米勒效應時間成正比，當采用多級門極開通/關斷電阻技術方案時，不僅可以減小電流尖峰，還可以減小米勒效應時間，并提高系統(tǒng)的響應速度，減小PWM的死區(qū)時間，因而多級門極開通/關斷電阻技術可實現(xiàn)開關損耗、開通電流尖峰、延遲時間的最優(yōu)控制。
[0020]第三、在IGBT發(fā)生短路退飽和時，本實用新型充分利用變電阻技術，通過CPLD數(shù)字控制模塊適時地改變門極電阻和門極電壓，從而控制門極電壓的變化速率，實現(xiàn)了門極電流的數(shù)字可控，顯著減小電壓尖峰，從而實現(xiàn)軟關斷，有效抑制關斷尖峰。
[0021]第四、盲區(qū)時間、濾波時間、變電阻時間、軟關斷時間均由CPLD控制，驅動性能非常穩(wěn)定、可靠。而且，盲區(qū)時間、變電阻時間、軟關斷時間均用軟件實現(xiàn)，顯著提高抗干擾能力。
[0022]第五、驅動結構采用了數(shù)字控制單元CPLD，對PWM信號、短路信號進行數(shù)字濾波，從而有效抑制短脈沖。
[0023]第六、本實用新型采用了兩級退飽和檢測模塊，第二級可作為第一級的硬件冗余，而且，本實用新型采用了 di/dt檢測模塊與VraK合檢測大功率IGBT模塊的短路狀態(tài)，使得驅動器檢測短路速度更快并且能夠識別短路類型。
[0024]第七、本實用新型采用了有源嵌位反饋模塊，可根據(jù)所需箝位電壓改變門極電壓，及時調整門極電壓使得IC的下降速率變緩直到過電壓變小到安全范圍。
【【附圖說明】】
[0025]圖1為本實用新型智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置的結構示意圖。
[0026]圖2為智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置門極變電阻驅動示意圖。
[0027]圖3為兩級變電阻驅動波形圖。
[0028]圖4為采用本實用新型智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置后的三級變電阻驅動波形圖。
[0029]圖5為I類短路硬關斷波形圖。
[0030]圖6為采用本實用新型智能數(shù)字化大功率IGBT驅動裝置后的I類短路軟關斷波形圖。
【【具體實施方式】】
[0031]為了更好地理解本實用新型，以下將結合附圖和具體實例對本實用新型進行詳細的說明。
[0032]如圖1所示，本實用新型的智能數(shù)字化大功率I