大功率igbt驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器，其一根線(xiàn)纜穿過(guò)所有n個(gè)互感器的中心，作為所有n個(gè)互感器的初級(jí)繞組；每個(gè)互感器都有單獨(dú)的次級(jí)繞組，所有次級(jí)繞組的繞線(xiàn)方向一致，匝數(shù)相同，并且所有n個(gè)互感器的次級(jí)繞組全部并聯(lián)；互感器的次級(jí)繞組并聯(lián)輸出，能夠提供較大瞬時(shí)輸出電流，帶負(fù)載能力強(qiáng)，并減小了分布參數(shù)，兼顧寬、窄脈沖，加快了IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷速度，減少了IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷損耗；通過(guò)互感器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路與主電路的隔離，大大增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)電路的可靠性，并有效防止了主電路出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的損壞；次級(jí)繞組回路中均為無(wú)源器件，無(wú)須輔助電源，電路簡(jiǎn)單，減少了設(shè)備量，降低了電路復(fù)雜性，杜絕了寄生干擾。
【專(zhuān)利說(shuō)明】大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種驅(qū)動(dòng)器，尤其涉及一種大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)具有高耐壓、大電流、高速和低飽和壓降等良好特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大功率設(shè)備，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中起核心作用。IGBT電壓等級(jí)的高低，電流容量的大小，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)要求也存在差異。大功率IGBT —般用于高功率場(chǎng)合，運(yùn)行環(huán)境較復(fù)雜，所以大功率IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求較高。工程應(yīng)用反饋的情況表明，大容量IGBT器件的故障損壞率比小電流的IGBT器件高得多。
[0003]通常情況下，大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器要在IGBT最初開(kāi)通階段，提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電流來(lái)減少開(kāi)通損耗和保證IGBT的開(kāi)通速度，同時(shí)滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)功率，確保IGBT穩(wěn)定地開(kāi)通和關(guān)斷；其次要求驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部信號(hào)傳輸無(wú)延時(shí)或者延時(shí)盡量小，并且當(dāng)輸出發(fā)生短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能快速有效的關(guān)斷IGBT ;最后，IGBT驅(qū)動(dòng)作為控制電路與功率電路之間的連接橋梁，必須具有良好的電氣隔離功能，保證控制電路不受主電路的干擾和影響。滿(mǎn)足上述功能的前提下，IGBT驅(qū)動(dòng)還應(yīng)考慮安裝靈活性、簡(jiǎn)單實(shí)用以及低成本等。
[0004]目前大功率IGBT的驅(qū)動(dòng)一般是采用專(zhuān)用芯片，加上擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)級(jí)或分離元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前也有了集成化專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部集成有過(guò)流欠壓保護(hù)和軟關(guān)斷功能，并且各類(lèi)工作參數(shù)外部可調(diào)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，成本較高，并且通用性不強(qiáng)。
[0005]自行設(shè)計(jì)的大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器一般采用光耦或光纖隔離以及變壓器隔離方式。采用光耦或光纖隔離驅(qū)動(dòng)方式，解決了電壓隔離、抗電磁干擾問(wèn)題。但光耦和光纖的工作原理決定了其屬于有源隔離，隔離輸出端必須存在隔離電源，通常還要加以放大等處理，傳輸有延遲，電路形式復(fù)雜。并且這些高電位端的控制和處理芯片為弱電器件，在IGBT短路或電流突變時(shí)容易受到干擾，降低了 IGBT工作的可靠性。
[0006]采用變壓器隔離方式包括無(wú)源方法，有源方法以及自給電源方法。無(wú)源方法是利用變壓器次級(jí)的輸出直接驅(qū)動(dòng)IGBT，這種方法簡(jiǎn)單，不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電源，但由于大功率IGBT需要的瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)電流大，驅(qū)動(dòng)功率要高，要求變壓器的初級(jí)輸入信號(hào)采用一定功率的大信號(hào)，要求變壓器的體積較大；有源方法中變壓器僅提供隔離信號(hào)，在變壓器次級(jí)另有整形放大電路，這種方法驅(qū)動(dòng)波形較好，但需要另外提供隔離的輔助電源，可能會(huì)引進(jìn)寄生的干擾；自給電源方法中，變壓器即用于傳遞驅(qū)動(dòng)能量，又用于高頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)傳遞邏輯信號(hào)。在隔離電壓較高時(shí)，三種方法都給變壓器制作工藝和結(jié)構(gòu)上帶來(lái)諸多困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對(duì)以上問(wèn)題本實(shí)用新型提供了一種簡(jiǎn)單實(shí)用、體積小、安裝靈活、可靠性高、方便調(diào)節(jié)、操作容易以及低成本的大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器。
[0008]為了解決以上問(wèn)題本實(shí)用新型提供了一種大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:包括一個(gè)脈沖功率電路，η個(gè)互感器Tl至Τη，其中η > 2，以及箝位和限流電路；所述的箝位和限流電路包括穩(wěn)壓管Vl和穩(wěn)壓管V2，以及電阻Rl和電阻R2 ；
[0009]一根線(xiàn)纜穿過(guò)所有η個(gè)互感器的中心，作為所有η個(gè)互感器的初級(jí)繞組；
[0010]每個(gè)互感器都有單獨(dú)的次級(jí)繞組，所有次級(jí)繞組的繞線(xiàn)方向一致，匝數(shù)相同，并且所有η個(gè)互感器的次級(jí)繞組全部并聯(lián)；每個(gè)互感器次級(jí)繞組的I端與其他η-1個(gè)互感器次級(jí)繞組的I端連接在一起，每個(gè)互感器次級(jí)繞組的2端與其他η-1個(gè)互感器次級(jí)繞組的2端連接在一起；
[0011]穩(wěn)壓管Vl的負(fù)端與次級(jí)繞組的I端相連，穩(wěn)壓管V2的負(fù)端與次級(jí)繞組的2端相連，同時(shí)穩(wěn)壓管Vl的正端和穩(wěn)壓管V2的正端連接在一起；
[0012]電阻Rl的一端連接在次級(jí)繞組的I端，另一端連接在次級(jí)繞組的2端；電阻R2的一端連接在次級(jí)繞組的I端，另一端和次級(jí)繞組的2端分別作為驅(qū)動(dòng)器輸出端；
[0013]所述脈沖功率電路，用于放大觸發(fā)信號(hào)，產(chǎn)生脈沖功率信號(hào)，并送至互感器的初級(jí)繞組；
[0014]所述互感器，用于傳輸脈沖功率信號(hào)，并隔離電位；
[0015]所述箝位和限流電路，用于將驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流限制在安全范圍。
[0016]脈沖功率電路輸出的脈沖功率信號(hào)滿(mǎn)足:脈沖功率信號(hào)的頻率與觸發(fā)信號(hào)的頻率相同，脈沖功率信號(hào)的正端脈沖寬度與觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度相同，脈沖功率信號(hào)正端脈沖的寬度和幅度的乘積與負(fù)端脈沖寬度和幅度的乘積相等。
[0017]脈沖功率電路輸出的正負(fù)脈沖波形輸入到初級(jí)繞組，經(jīng)η個(gè)互感器耦合輸出，在所有η個(gè)互感器的并聯(lián)次級(jí)繞組上產(chǎn)生正負(fù)脈沖波形，經(jīng)箝位和限流電路后，用于IGBT的驅(qū)動(dòng)。
[0018]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:(I)電路拓?fù)浜?jiǎn)單，元器件少，體積小，重量輕，適合多種領(lǐng)域使用；(2)脈沖功率電路輸出的功率脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電流大，能夠驅(qū)動(dòng)大功率IGBT器件，并且采用功率信號(hào)傳輸，有效地抑制了干擾信號(hào)，提高了驅(qū)動(dòng)電路的可靠性；(3)互感器的次級(jí)繞組并聯(lián)輸出，能夠提供較大瞬時(shí)輸出電流，帶負(fù)載能力強(qiáng)，并減小了分布參數(shù)，兼顧寬、窄脈沖，加快了 IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷速度，減少了 IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷損耗；(4)通過(guò)互感器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路與主電路的隔離，大大增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)電路的可靠性，并有效防止了主電路出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的損壞；(5)次級(jí)繞組回路中均為無(wú)源器件，無(wú)須輔助電源，電路簡(jiǎn)單，減少了設(shè)備量，降低了電路復(fù)雜性，杜絕了寄生干擾；(6)互感器形式可以非常簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的隔離電壓，擴(kuò)大了驅(qū)動(dòng)器的使用領(lǐng)域；(7)互感器的初級(jí)繞組輸入為正負(fù)脈沖，有利于互感器的偏磁，可以增大驅(qū)動(dòng)器輸出的脈沖寬度，并且驅(qū)動(dòng)器的反向脈沖有利于IGBT的快速關(guān)斷，減小了 IGBT的關(guān)斷損耗，有利于IGBT的保護(hù)；(7)互感器可靠性高，傳輸延時(shí)小，能實(shí)現(xiàn)較高的開(kāi)關(guān)頻率，不存在老化問(wèn)題；(8)設(shè)計(jì)制造容易，調(diào)試方便，成本很低。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)器的電路圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)器的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖1至2所示，本實(shí)用新型提供了一種大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器，包括一個(gè)脈沖功率電路，η個(gè)互感器Tl至Τη，其中η > 2，以及箝位和限流電路；所述的箝位和限流電路包括穩(wěn)壓管Vl和穩(wěn)壓管V2，以及電阻Rl和電阻R2 ；
[0023]一根線(xiàn)纜穿過(guò)所有η個(gè)互感器的中心，作為所有η個(gè)互感器的初級(jí)繞組；
[0024]每個(gè)互感器都有單獨(dú)的次級(jí)繞組，所有次級(jí)繞組的繞線(xiàn)方向一致，匝數(shù)相同，并且所有η個(gè)互感器的次級(jí)繞組全部并聯(lián)；每個(gè)互感器次級(jí)繞組的I端與其他η-1個(gè)互感器次級(jí)繞組的I端連接在一起，每個(gè)互感器次級(jí)繞組的2端與其他η-1個(gè)互感器次級(jí)繞組的2端連接在一起；
[0025]穩(wěn)壓管Vl的負(fù)端與次級(jí)繞組的I端相連，穩(wěn)壓管V2的負(fù)端與次級(jí)繞組的2端相連，同時(shí)穩(wěn)壓管Vl的正端和穩(wěn)壓管V2的正端連接在一起；
[0026]電阻Rl的一端連接在次級(jí)繞組的I端，另一端連接在次級(jí)繞組的2端；電阻R2的一端連接在次級(jí)繞組的I端，另一端和次級(jí)繞組的2端分別作為驅(qū)動(dòng)器輸出端。
[0027]所述脈沖功率電路，用于放大觸發(fā)信號(hào)，產(chǎn)生脈沖功率信號(hào)，并送至互感器的初級(jí)繞組；
[0028]所述互感器，用于傳輸脈沖功率信號(hào)，并隔離電位；
[0029]所述箝位和限流電路，用于將驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流限制在安全范圍。
[0030]脈沖功率電路輸出的脈沖功率信號(hào)滿(mǎn)足:脈沖功率信號(hào)的頻率與觸發(fā)信號(hào)的頻率相同，脈沖功率信號(hào)的正端脈沖寬度與觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度相同，脈沖功率信號(hào)正端脈沖的寬度和幅度的乘積與負(fù)端脈沖寬度和幅度的乘積相等。
[0031]穩(wěn)壓管Vl和V2將驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓箝位在安全范圍，Rl為數(shù)千歐姆到數(shù)十千歐姆的電阻，R2為數(shù)歐姆到數(shù)十歐姆的電阻。
[0032]驅(qū)動(dòng)器的工作原理:脈沖功率電路收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，若使能為允許狀態(tài)，則脈沖功率電路輸出正負(fù)功率脈沖波形，脈沖波形的頻率與觸發(fā)信號(hào)的頻率相同，脈沖正端寬度與觸發(fā)信號(hào)寬度相同，負(fù)向脈沖的寬度和幅度的乘積基本等于正向脈沖的寬度和幅度的乘積。初級(jí)繞組收到脈沖功率電路輸出的正負(fù)脈沖波形后，經(jīng)互感器耦合，在所有η個(gè)互感器的次級(jí)繞組產(chǎn)生相同頻率和脈沖寬度的正負(fù)脈沖波形，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管Vl和V2，以及電阻Rl和電阻R2組成的箝位和限流電路，為IGBT提供驅(qū)動(dòng)波形。當(dāng)IGBT發(fā)生短路時(shí)，通過(guò)關(guān)斷脈沖功率電路的使能信號(hào)，即可快速關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器的輸出驅(qū)動(dòng)。脈沖功率電路與IGBT主回路的隔離可以采用兩種方式，一種方法是初級(jí)繞組采用耐高壓絕緣線(xiàn)；或者采用耐高壓絕緣材料作成空心護(hù)套，穿過(guò)互感器中心，初級(jí)繞組的線(xiàn)纜從空心護(hù)套中穿過(guò)。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不限制于本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:包括一個(gè)脈沖功率電路，η個(gè)互感器Tl至Tn，其中η > 2，以及箝位和限流電路；所述的箝位和限流電路包括穩(wěn)壓管Vl和穩(wěn)壓管V2，以及電阻Rl和電阻R2 ； 一根線(xiàn)纜穿過(guò)所有η個(gè)互感器的中心，作為所有η個(gè)互感器的初級(jí)繞組； 每個(gè)互感器都有單獨(dú)的次級(jí)繞組，所有次級(jí)繞組的繞線(xiàn)方向一致，匝數(shù)相同，并且所有η個(gè)互感器的次級(jí)繞組全部并聯(lián)；每個(gè)互感器次級(jí)繞組的I端與其他η-1個(gè)互感器次級(jí)繞組的I端連接在一起，每個(gè)互感器次級(jí)繞組的2端與其他η-1個(gè)互感器次級(jí)繞組的2端連接在一起； 穩(wěn)壓管Vl的負(fù)端與次級(jí)繞組的I端相連，穩(wěn)壓管V2的負(fù)端與次級(jí)繞組的2端相連，同時(shí)穩(wěn)壓管Vl的正端和穩(wěn)壓管V2的正端連接在一起； 電阻Rl的一端連接在次級(jí)繞組的I端，另一端連接在次級(jí)繞組的2端；電阻R2的一端連接在次級(jí)繞組的I端，另一端和次級(jí)繞組的2端分別作為驅(qū)動(dòng)器輸出端； 所述脈沖功率電路，用于放大觸發(fā)信號(hào)，產(chǎn)生脈沖功率信號(hào)，并送至互感器的初級(jí)繞組； 所述互感器，用于傳輸脈沖功率信號(hào)，并隔離電位； 所述箝位和限流電路，用于將驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流限制在安全范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率IGBT驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，脈沖功率電路輸出的脈沖功率信號(hào)滿(mǎn)足:脈沖功率信號(hào)的頻率與觸發(fā)信號(hào)的頻率相同，脈沖功率信號(hào)的正端脈沖寬度與觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度相同，脈沖功率信號(hào)正端脈沖的寬度和幅度的乘積與負(fù)端脈沖寬度和幅度的乘積相等。
【文檔編號(hào)】H03K17/567GK204046559SQ201420550055
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】楊景紅, 戴廣明, 田為, 楊明 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十四研究所