專利名稱:兆瓦級風(fēng)電變流器igbt驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及風(fēng)電變流器,具體說就是兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
技術(shù)背景風(fēng)能利用已受到世界各國的普遍重視。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也得到了普遍的應(yīng)用,它將電カ電子技術(shù)、矢量控制技術(shù)和微機(jī)信息處理技術(shù)引入到發(fā)電機(jī)的控制中,從而獲得了一種全新的、高質(zhì)量的電能獲取方式。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量和風(fēng)電場規(guī)模的増大,風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率、安全性和穩(wěn)定性就更加重要。目前兆瓦級風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為國際上的主流機(jī)型,兆瓦級變流器中所采用的絕緣柵雙極型晶體管(IBGT)的功率等級較高,對IGBT的驅(qū)動(dòng)保護(hù)技術(shù)也提出了更高的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由模塊開關(guān)器件ADG202、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、IGBT集電極電路和IGBT門極電路組成的,模塊開關(guān)器件ADG202分別連接IGBT集電極電路和IGBT門極電路,IGBT集電極電路和IGBT門極電路連接絕緣柵雙極型晶體管IGBT。本實(shí)用新型還有以下技術(shù)特征(I)所述的IGBT集電極電路包括電阻R4、三極管N1、電阻R5、電阻R6、三極管N2、電阻R18、ニ極管Z1、電阻R2、電阻R19、比較器LM111、電阻R1、電位器P1、ニ極管Z2、ニ極管D7、電阻R7、ニ極管D1,電容C3,三極管N1的發(fā)射極連接電阻R4的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的管腳D2,三極管N1的集電極分別連接電阻R4的另一端、電阻R6的一端、電阻R2的一端、電阻R1的一端和+15V,電阻R5的另一端分別連接電阻R6的另一端和三極管N2的集電極,三極管N2的發(fā)射極接地,三極管N2的基極連接電阻R18的一端,電阻R18的另一端連接ニ極管Z1的正極,ニ極管Z1的負(fù)極分別連接比較器LMlll的輸出端、電阻R2的另一端、電阻R19的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的管腳IN2,比較器LMlll的同相輸入端分別連接電阻R19的另一端、電阻R1的另一端和電位器P1的一端,電位器P1的另一端接地,比較器LMlll的反相輸入端分別連接ニ極管Z2的負(fù)極、ニ極管D7的正扱、電容C3的一端和ニ極管D1的負(fù)極,電容C3的另一端接地,ニ極管D1的正極連接電阻R7,電阻R7的另一端連接模塊開關(guān)器件ADG202的管腳S1, ニ極管D7的負(fù)極連接絕緣柵雙極型晶體管IGBT的集電極,ニ極管Z2的正極連接-15V。(2)所述的IGBT門極電路包括電阻R3、ニ極管D6、電阻R17、三極管N3、ニ極管Z3、電阻R9、ニ極管D2、電阻R1Q、電容C4、三極管N4、三極管N5、電容C5、電容C6、ニ極管D3、電阻R12、電阻Rn、ニ極管Z4、ニ極管Z5、和電阻R13,電阻R3的一端分別連接電阻R9的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的S2,電阻R3的另一端接-15V、三極管N3的發(fā)射極、電容C4的一端、三極管N5的集電極和電容C6的一端,三極管N3的基極連接ニ極管Z3正極,ニ極管Z3負(fù)極連接光電耦合器FAULT,三極管N3的集電極分別連接電阻R17和電阻Rltl的一端,電阻R17的另一端連接ニ極管D6的負(fù)極,ニ極管D6的正極分別連接三極管N4的集電極、電容C5的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的D2,三極管N4的基極的分別連接三極管N5的基板、電阻R9的另一端和ニ極管D2的正極,三極管N4的發(fā)射極分別連接三極管N5的發(fā)射極、ニ極管D3的負(fù)極和電阻R11的一端,ニ極管D3的正極連接電阻R12的一端,電阻R12的另一端分別連接電阻R11的另一端、ニ極管Z4的負(fù)極、電阻R13的一端和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的門極,緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極分別連接電阻R13的另一端、ニ極管Z5的負(fù)極和地,ニ極管Z5的正極連接ニ極管Z4的正極,電容C5的另一端連接電容C6的另一端。本實(shí)用新型兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路,在大功率運(yùn)行條件下保證IGBT可靠導(dǎo)通、關(guān)斷,減小IGBT的損耗,在過流、過壓等故障情況下保證IGBT可靠的關(guān)斷,從而保證機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。
圖I為本實(shí)用新型的IGBT驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)曲線;圖2為本實(shí)用新型的IGBT驅(qū)動(dòng)功能塊方框圖;圖3為本實(shí)用新型的光耦隔離驅(qū)動(dòng)原理圖;圖4為本實(shí)用新型的電路原理圖;圖5為模塊開關(guān)器件ADG202的芯片管腳具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明。實(shí)施例I :結(jié)合圖1-5,本實(shí)用新型一種兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路,它是由模塊開關(guān)器件ADG202、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、IGBT集電極電路和IGBT門極電路組成的,模塊開關(guān)器件ADG202分別連接IGBT集電極電路和IGBT門極電路,IGBT集電極電路和IGBT門極電路連接絕緣柵雙極型晶體管IGBT。本實(shí)用新型還有以下技術(shù)特征所述的IGBT集電極電路包括電阻R4、三極管N1,電阻R5、電阻R6、三極管N2、電阻R18、ニ極管Z1、電阻R2、電阻R19、比較器LM111、電阻R1.電位器P1、ニ極管Z2、ニ極管D7、電阻R7、ニ極管D1、電容C3,三極管N1的發(fā)射極連接電阻R4的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的管腳D2,三極管N1的集電極分別連接電阻R4的另一端、電阻R6的一端、電阻R2的一端、電阻R1的一端和+15V,電阻R5的另一端分別連接電阻R6的另一端和三極管N2的集電極,三極管N2的發(fā)射極接地,三極管N2的基極連接電阻R18的一端,電阻R18的另一端連接ニ極管も的正扱,ニ極管も的負(fù)極分別連接比較器LMlll的輸出端、電阻R2的另一端、電阻R19的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的管腳IN2,比較器LMlll的同相輸入端分別連接電阻R19的另一端、電阻R1的另一端和電位器P1的一端,電位器P1的另一端接地,比較器LMlll的反相輸入端分別連接ニ極管Z2的負(fù)極、ニ極管D7的正極、電容C3的一端和ニ極管D1的負(fù)極,電容C3的另ー端接地,ニ極管D1的正極連接電阻R7,電阻R7的另一端連接模塊開關(guān)器件ADG202的管腳S1,ニ極管D7的負(fù)極連接絕緣柵雙極型晶體管IGBT的集電極,ニ極管Z2的正極連接-15V。所述的IGBT門極電路包括電阻R3、ニ極管D6、電阻R17、三極管N3、ニ極管Z3、電阻R9、ニ極管D2、電阻R1Q、電容C4、三極管N4、三極管N5、電容C5、電容C6、ニ極管D3、電阻R12、電阻Rn、ニ極管Z4、ニ極管Z5、和電阻R13,其特征在于電阻R3的一端分別連接電阻R9的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的S2,電阻R3的另一端接-15V、三極管N3的發(fā)射極、電容C4的一端、三極管N5的集電極和電容C6的一端,三極管N3的基極連接ニ極管Z3正扱,ニ極管Z3負(fù)極連接光電耦合器FAULT,三極管N3的集電極分別連接電阻R17和電阻Rltl的一端,電阻R17的另一端連接ニ極管D6的負(fù)極,ニ極管D6的正極分別連接三極管N4的集電極、電容C5的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的D2,三極管N4的基極的分別連接三極管N5的基板、電阻R9的另一端和ニ極管D2的正極,三極管N4的發(fā)射極分別連接三極管N5的發(fā)射極、ニ極管D3的負(fù)極和電阻R11的一端,ニ極管D3的正極連接電阻R12的一端,電阻R12的另一端分別連接電阻R11的另一端、ニ極管Z4的負(fù)極、電阻R13的一端和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的門極,緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極分別連接電阻R13的另一端、ニ極管Z5的負(fù)極和地,ニ極管Z5的正極連接ニ極管Z4的正極,電容C5的另一端連接電容C6的另一端。實(shí)施例2 :結(jié)合圖1-5,本實(shí)用新型根據(jù)IGBT的靜態(tài)特性、開關(guān)暫態(tài)特性并考慮其 允許的安全工作的區(qū)間,IGBT工作時(shí)門極驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路滿足如下基本要求提供足夠的門極電壓來開通IGBT,并在開通期間保持這個(gè)電壓;在最初開通階段,提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電流來減少開通損耗和保證IGBT的開通速度;在關(guān)斷期間,提供一個(gè)反向偏置電壓來提高IGBT抗暫態(tài)dv/ dt的能力和抗EMI噪聲的能力并減少關(guān)斷損耗;在IGBT功率電路和控制電路之間提供光耦隔離;在短路故障發(fā)生時(shí),驅(qū)動(dòng)電路能通過合理的門極電壓動(dòng)作進(jìn)行IGBT保護(hù),并發(fā)出故障信號到控制系統(tǒng)。圖I中給出了一類過流保護(hù)功能比較完善的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)曲線。其中Tl為過流信號持續(xù)較短時(shí)間一般小于10 μ s ,驅(qū)動(dòng)輸出自動(dòng)恢復(fù);Τ2為降柵壓后持續(xù)時(shí)間一般為10 μ s ;Τ3為軟關(guān)斷持續(xù)時(shí)間;Τ4為故障后封鎖時(shí)間。滿足上述要求的IGBT驅(qū)動(dòng)功能塊框圖如圖2所示,PWM信號輸入采用光纖傳輸方式,其中虛線框內(nèi)部分為可選內(nèi)容,可根據(jù)需要選擇是否配置,也可通過外圍電路來實(shí)現(xiàn)。為了更好的實(shí)現(xiàn)電壓隔離、抗電磁干擾等問題,本實(shí)用新型采用光耦隔離方式。該方式簡化了驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),減輕了設(shè)備體積和重量,降低了成本,在應(yīng)用中有一定優(yōu)勢,但光耦隔離的工作原理決定了其屬于有源隔離,隔離輸出端必須加電源和放大電路。本設(shè)計(jì)中采用芯片HCPL-316J,其原理圖見圖3。其中輸入信號從V+in輸入經(jīng)內(nèi)部光耦隔離放大后,Vout端輸出于圖4中的P端,用于對IGBT的控制,F(xiàn)AULT引腳用于輸出故障信號FAULT的引入。實(shí)施例3 :結(jié)合圖4-5,本實(shí)用新型的工作原理如下圖5中模塊開關(guān)器件采用ADG202,其中A、B、Z、C、P分別連接到模塊開關(guān)器件ADG202上。P為IGBT開通和關(guān)斷的控制信號,當(dāng)P為高吋,A和B被模擬開關(guān)接通,控制IGBT導(dǎo)通;當(dāng)P為低電平吋,此模擬開關(guān)打開,控制IGBT關(guān)斷。ADG202本身的管腳IN為控制信號的輸入端,D和S分別為模擬開關(guān)的兩端。圖5是本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理圖,在以下幾種情況下的運(yùn)行實(shí)施方式第一種IGBT的導(dǎo)通P為高電平時(shí),A和B接通。E點(diǎn)電壓為IGBT飽和壓降,N2關(guān)斷,NI導(dǎo)通,A、B點(diǎn)電壓為+ 15 V, N4導(dǎo)通。Y點(diǎn)電壓約為+ 15 V,通過門極電阻Rll使得IGBT導(dǎo)通。第二種IGBT的關(guān)斷P為低電平吋,A和B斷開。A點(diǎn)電壓為+15V,B點(diǎn)電壓為-15V。模擬開關(guān)上的Z和+15V電壓斷開,N3不導(dǎo)通,C3和C4被ニ極管反向截止,不會(huì)放電。N5導(dǎo)通,加在門極上的-15V電壓使得IGBT關(guān)斷。第三種過流故障時(shí)的保護(hù)在IGBT運(yùn)行吋,P為高電平。IGBT過流時(shí),飽和壓降増加,D7反向截止,由于Z和+15V相連接,則C3被充電,兩端電壓逐漸増大。當(dāng)C3電壓高于比較器設(shè)定的比較電壓吋,比較器輸出高電平,N2導(dǎo)通,NI截止,R4被接入電路。R4的接入使得A、B電壓變?yōu)?10V。當(dāng)IGBT門極電壓降低到+ IOV后,過電流允許時(shí)間一般10μ S。此時(shí)間也可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)R7和C3確定后,通過選擇穩(wěn)壓ニ極管Z3的值可以設(shè)定此值。如果在10 μ s內(nèi)故障消失,IGBT飽和壓降降低,則D7導(dǎo)通,E點(diǎn)電壓降低,比較器輸出低電平,電路恢復(fù)正常工作。如果在10 μ s內(nèi)故障未消失,則C3繼續(xù)充電,當(dāng)大于穩(wěn)壓ニ極管Ζ3的值,使得Ν3導(dǎo)通,則光耦輸出故障信號。同時(shí)C4開始通過RlO放電,使得X,Y點(diǎn)電壓逐漸降低,IGBT被慢速關(guān)斷。第四種過壓保護(hù)與dv/dt保護(hù)對于過壓保護(hù)采取的措施為(I)加阻容和緩沖電路;(2)門極和發(fā)射極之間加門極發(fā)射極電阻(圖4中的R13 ) ;(3)門極和發(fā)射極之間并聯(lián)反向串聯(lián)的穩(wěn)壓ニ極管(圖4中的Z4和 Z5 )。對于dv/dt保護(hù)的目的主要是防止擎住效應(yīng)和防止集電極電流連續(xù)值超過臨界 值。采取措施包括(I)斷態(tài)時(shí)加足夠的負(fù)門極電壓(-10 V) ;(2)關(guān)斷吋,保證門極電阻較小,圖4中當(dāng)關(guān)斷時(shí)ニ極管D3使R12和Rll并聯(lián),減小門極電阻;(3)門極發(fā)射極電路電感應(yīng)盡可能小。
權(quán)利要求1.一種兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路,它是由模塊開關(guān)器件ADG202、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、IGBT集電極電路和IGBT門極電路組成的,其特征在于模塊開關(guān)器件ADG202分別連接IGBT集電極電路和IGBT門極電路,IGBT集電極電路和IGBT門極電路連接絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述的IGBT集電極電路包括電阻R4、三極管N1、電阻R5、電阻R6、三極管N2、電阻R18、ニ極管Z1、電阻R2、電阻R19、比較器LM111、電阻R1、電位器P1、ニ極管Z2、ニ極管D7、電阻R7、ニ極管D1、電容C3,三極管N1的發(fā)射極連接電阻R4的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的管腳D2,三極管N1的集電極分別連接電阻R4的另一端、電阻R6的一端、電阻R2的一端、電阻R1的一端和+15V,電阻R5的另一端分別連接電阻R6的另一端和三極管N2的集電極,三極管N2的發(fā)射極接地,三極管N2的基極連接電阻R18的一端,電阻R18的另一端連接ニ極管\的正極,ニ極管\的負(fù)極分別連接比較器LMlll的輸出端、電阻R2的另一端、電阻R19的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的管腳IN2,比較器LMlll的同相輸入端分別連接電阻R19的另一端、電阻R1的另一端和電位器P1的一端,電位器P1的另一端接地,比較器LMlll的反相輸入端分別連接ニ極管Z2的負(fù)極、ニ極管D7的正極、電容C3的一端和ニ極管D1的負(fù)極,電容C3的另一端接地,ニ極管D1的正極連接電阻R7,電阻R7的另一端連接模塊開關(guān)器件ADG202的管腳S1,ニ極管D7的負(fù)極連接絕緣柵雙極型晶體管IGBT的集電極,ニ極管Z2的正極連接-15V。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述的IGBT門極電路包括電阻R3、ニ極管D6、電阻R17、三極管N3、ニ極管Z3、電阻R9、ニ極管D2、電阻R10>電容C4、三極管N4、三極管N5、電容C5、電容C6、ニ極管D3、電阻R12、電阻Rn、ニ極管Z4、ニ極管Z5、和電阻R13,電阻R3的一端分別連接電阻R9的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的S2,電阻R3的另一端接-15V、三極管N3的發(fā)射極、電容C4的一端、三極管N5的集電極和電容C6的一端,三極管N3的基極連接ニ極管Z3正扱,ニ極管Z3負(fù)極連接光電耦合器FAULT,三極管N3的集電極分別連接電阻R17和電阻Rltl的一端,電阻R17的另一端連接ニ極管D6的負(fù)極,ニ極管D6的正極分別連接三極管N4的集電極、電容C5的一端和模塊開關(guān)器件ADG202的D2,三極管N4的基極的分別連接三極管N5的基板、電阻R9的另一端和ニ極管D2的正扱,三極管N4的發(fā)射極分別連接三極管N5的發(fā)射極、ニ極管D3的負(fù)極和電阻R11的一端,ニ極管D3的正極連接電阻R12的一端,電阻R12的另一端分別連接電阻R11的另一端、ニ極管Z4的負(fù)極、電阻R13的一端和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的門極,緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極分別連接電阻R13的另一端、ニ極管Z5的負(fù)極和地,ニ極管Z5的正極連接ニ極管Z4的正扱,電容C5的另一端連接電容C6的另一端。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路。它是由模塊開關(guān)器件ADG202、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、IGBT集電極電路和IGBT門極電路組成的,模塊開關(guān)器件ADG202分別連接IGBT集電極電路和IGBT門極電路,IGBT集電極電路和IGBT門極電路連接絕緣柵雙極型晶體管IGBT。本實(shí)用新型兆瓦級風(fēng)電變流器IGBT驅(qū)動(dòng)電路,在大功率運(yùn)行條件下保證IGBT可靠導(dǎo)通、關(guān)斷,減小IGBT的損耗,在過流、過壓等故障情況下保證IGBT可靠的關(guān)斷,從而保證機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。
文檔編號H02M1/088GK202455252SQ20112050213
公開日2012年9月26日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者周維來, 程鵬, 裴景斌 申請人:哈爾濱九洲電氣技術(shù)有限責(zé)任公司