集成多功能的ＩＧＢＴ驱动电路模块制造技术

本发明专利技术涉及机车车辆辅助供电变流装置，特别涉及ＩＧＢＴ变流器，具体为集成多功能的ＩＧＢＴ驱动电路模块。解决了现有ＩＧＢＴ变流器中存在的主电路布局复杂、成本高、杂散电感大、可靠性低的问题，包括由功率放大开关电路和隔离驱动变压器组成的驱动电路、ＩＧＢＴ、主电路、直流支撑电路、连接四个ＩＧＢＴ（Ａ～Ｄ）的软开关电路、吸收电路和电流检测电路，上述各电路及部件全部集成在同一印刷电路板模块上。本发明专利技术应用在软开关变流电路中，不但实现了ＩＧＢＴ的驱动与保护，而且将主电路的一部分功能集成在驱动电路模块上，使驱动电路和主电路更好的结合，提高了功率变换电路的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机车车辆辅助供电变流装置，特别涉及IGBT变流器，具体为集成多功 能的IGBT驱动电路模块。
技术介绍
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种由双极晶体管和MOSFET(绝缘栅型场效应 管)组合的器件，它既具有MOSFET的栅极电压控制快速开关特性，又具有双极晶体管大电 流处理能力和低饱和压降的特点，近年来在各种电力变换装置中得到广泛应用，例如IGBT 变流器。在IGBT变流器的设计中，驱动电路性能对整个变流器性能有着重要影响。IGBT驱 动电路是驱动IGBT模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路。在驱动电路的设 计中，要考虑到驱动功率、过流保护、电压隔离模式、驱动与主电路间集成等各方面的因素。 但是在目前的大量实际应用中，驱动电路模块只关注驱动功率、过流保护、电压隔离模式等 方面，在驱动电路与主电路间集成技术方面缺乏研究与改进。现有的IGBT变流器中，存在着主电路和驱动电路分属不同模块的结构。即驱动电 路模块只与IGBT的驱动信号端子连接，实现驱动与保护功能，而IGBT、主电路、直流支撑电 路、吸收电路、软开关电路、电流检测电路之间采用电缆连接。使用大量的电缆连接，将使整 个电路成本高、结构臃肿，占用较大的空间，产品质量下降，导致整个电路布局比较复杂，电 缆连接多、成本高、质量不可靠的问题。同时，IGBT、主电路、吸收电路、软开关等部件之间采用电缆连接时，电路的杂散电 感较大，在主电路开关过程中，将在IGBT器件上产生较高的电压尖峰，对功率器件有一定 对冲击，影响功率器件的寿命，从而降低了功率变换电路的可靠性。还存在电路杂散电感 大、功率器件容易损坏、电路可靠性差效率低的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有IGBT变流器中存在的主电路布局复杂、成本高、杂散电感 大、可靠性低等问题，提供一种集成多功能的IGBT驱动电路模块。本专利技术具体采用如下技术方案实现集成多功能的IGBT驱动电路模块，包括由功 率放大开关电路和隔离驱动变压器组成的驱动电路、IGBT、主电路、直流支撑电路、连接四 个IGBT (A D)的软开关电路、吸收电路和电流检测电路，上述各电路及部件全部集成在同 一印刷电路板模块上。集成多功能的IGBT驱动电路模块主要由两部分电路组成第一部分实现IGBT的 驱动和保护，包括驱动电路；驱动电路包括功率放大开关电路和隔离驱动变压器，连接于变 流器控制电路中，接受变流器控制电路发送过来的脉冲信号。第二部分集成了主电路的一 些部件和电路，以实现减小电路杂感、简化电路布局，提高主电路的可靠性的功能，包括连 接IGBT的集成电路；集成电路包括直流支撑电路、软开关电路、IGBT吸收电路以及电流检测电路。 直流支撑电路，由第八电容C25和第九电容C26组成，两电容C25、C26并联在直 流支路的正负两端，在开关电路通断的工作过程中，起维持直流回路电压稳定的作用。软开 关电路，由六个电容(17、(18、(19、020、023、024组成，第一电容至第四电容(17 C20直 接并联在对应的IGBT (A D)的C、E端子之间(C、E端子为IGBT上连接集成电路的对应 端子)，第六电容C23、第七电容C24并联后组成直流隔离电路串联在主电路的输出，起到隔 离输出电压的直流成分的作用。IGBT吸收电路，由第一电阻R40、第四电阻R43和第五电容 C22串联组成，然后整体并联在直流回路的正负之间，功能是吸收开关电路通断过程中在直 流回路产生的电压尖峰和电压谐波。电流检测电路，由电流互感器TA及第二电阻R41、第三 电阻R42组成，电流互感器TA与第二电阻R41、第三电阻R42并联后，串接在开关变换输出 电路中，可以检测出输出电路的电流大小。上述部件之间的连接全部由IGBT驱动电路模块的印刷电路板上的PCB铜箔线路 完成，包括输入直流端子(DC+、DC_)到主电路IGBT间的连接，以及IGBT输出到高频变压器 的连接。与现有技术相比，本专利技术提供的集成多功能的IGBT驱动电路模块具有如下优点(1)将IGBT驱动电路、IGBT、主电路、直流支撑电路、软开关电路、吸收电路和电流 检测电路全部集成在同一印刷电路板模块上，这种技术减小了主电路的杂感，降低了功率 单元主电路的开关电压尖峰，提高了功率变换电路的可靠性，降低故障率，从而节省部件维 修成本。(2)这种设计将复杂的主电路接线转化为固定的PCB布线，大大简化了主电路布 局，节省空间和成本，提高了产品的质量和可靠性。本专利技术设计的一种集成多功能IGBT驱动电路模块，适用于软开关技术的全桥移 相变换电路，不但实现了 IGBT的驱动与保护，而且将主电路的一部分(包括器件)功能集 成在驱动电路模块上，使驱动电路和主电路更好的结合，提高了功率变换电路的可靠性。附图说明图1为本专利技术所述集成多功能的IGBT驱动电路模块驱动和保护电路的原理图；图2为本专利技术所述的集成多功能的IGBT驱动电路模块的集成电路部分的电路原 理图；图3为本专利技术所述的集成多功能的IGBT驱动电路模块的具体实体结构示意图。 具体实施例方式集成多功能的IGBT驱动电路模块，包括由功率放大开关电路和隔离驱动变压器 组成的驱动电路、IGBT、主电路、直流支撑电路、连接四个IGBT(A D)的软开关电路、吸收 电路和电流检测电路，上述各电路及部件全部集成在同一印刷电路板模块上。集成多功能的IGBT驱动电路模块上包括由功率放大开关电路和隔离驱动变压器 T1、T2组成的驱动电路，还包括连接四个IGBT(Α D)构成全桥移相变换电路的集成电路； 集成电路包括由并联于直流支路正负极两端的第八电容C25、第九电容C26构成的直流支 撑电路，包括六个电容C17、C18、C19、C20、C23、C24并且连接四个IGBT(A D)的软开关电路，由依次串接于直流支路正负两端的第一电阻R40、第四电阻R43和第五电容C22组成的IGBT吸收电路，以及串接于软开关电路的输出电路中，由电流互感器TA、第二电阻R41、第 三电阻R42三者并联后构成的电流检测电路；软开关电路中第一电容C17、第二电容C18串 接，第三电容C19、第四电容C20串接后分别接入电路正负极两端，第一电容C17、第二电容 C18之间引出输出电路串接电流检测电路后引至输出端子E10，第三电容C19、第四电容C20 之间引出输出电路串接由电容第六电容C23、第七电容C24并联组成的直流隔离电路后引 至另一输出端子El 1，第一电容至第四电容C17 C20分别和外部接入电路中的IGBT (A D)并联，集成电路输出端E10、E11外接高频变压器T ；各部件之间的连接全部由模块的PCB 铜箔线路完成。具体的，本专利技术所述的集成多功能的IGBT驱动电路模块适合应用于采用软开关 技术的全桥移相变换电路。主电路将输入的直流电转换为高频的交流电并提供给后级的高 频变压器，变换电路采用两个桥臂，共四个IGBT(A D)完成，本专利技术实现了 IGBT的驱动与 保护并集成了主电路的部分功能。首先，完成IGBT的驱动和保护，包括与变流器控制电路相连的驱动电路，其工作 原理和过程为(如图1所示)变流器控制电路发送脉冲信号(CommandA D)到IGBT驱 动电路模块，驱动电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
集成多功能的ＩＧＢＴ驱动电路模块，包括由功率放大开关电路和隔离驱动变压器组成的驱动电路、ＩＧＢＴ、主电路、直流支撑电路、连接四个ＩＧＢＴ（Ａ～Ｄ）的软开关电路、吸收电路和电流检测电路，其特征在于：上述各电路及部件全部集成在同一印刷电路板模块上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋芳，牛勇，李相锋，王博，胥会兵，
申请(专利权)人：永济新时速电机电器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]