一种智能化的IGBT恒流驱动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种智能化的IGBT恒流驱动装置，包括隔离DC‑DC模块、PLD数字控制模块、DAC数模转换模块、受控恒流源、电压比较逻辑电路、门级电流采集电路和电流比较逻辑电路。一次侧控制部分的驱动电源和驱动信号经过隔离DC‑DC模块为二次侧提供隔离的驱动电源和驱动信号，二次侧的报警信号经过隔离DC‑DC模块为一次侧提供隔离的报警信号；驱动信号、电压比较逻辑电路和电流比较逻辑电路的输出端与PLD数字信号的输入端相连，PLD的输出与DAC数模转换模块的输入相连，DAC数模转换模块和减法电路输出与受控恒流源的输入相连，受控恒流源的输出经过驱动电阻Rg与IGBT的门级相连。本装置，以PLD数字控制为核心，可根据不同型号IGBT参数的差异调节控制回路的输出，实现对不同系列、不同型号的IGBT最优控制。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种IGBT驱动电路，具体说是一种智能化的IGBT恒流驱动装置。
技术介绍
随着电力电子技术和半导体技术的飞速发展，电力电子技术不断渗透到新的领域。绝缘栅双极型晶体管IGBT（Insulated Gate Bipo1arTransistor）既具有MOSFET 的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热稳定性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR 的理想开关器件。因此，其在现代电力电子技术中应用范围也越来越广泛。如今，IGBT 的额定电流和额定电压分别提高到了3600A 和6500V，由大功率IGBT 构成的现代化兆瓦级变流器广泛应用在各类工业当中，如机车车辆的牵引和辅助供电系统等等。IGBT 的驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，其性能的好坏对整个电路的工作性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减少开关损耗，对装置的运行效率、可靠性、安全性都有重要的意义。大功率IGBT 的运行环境比较恶劣，电压一般在千伏以上，一旦发生故障而没有及时得到处理则会引起很严重的后果，甚至会造成安全事故，因此设计好驱动电路对设备的安全运行至关重要。传统的大功率IGBT 驱动一般是由分立元件、纯模拟电路组成，实现的保护功能有限，保护的精确性靠元器件的精度保证，在IGBT 串、并联时会产生不同步，这样会留下安全隐患。传统的IGBT驱动电路多使用开环方式的驱动电路,即只能通过单一的改变栅极驱动电阻或者调节栅极驱动电压来控制IGBT的开关过程，而对于IGBT开关过程的细节并没有进行深入的分析和实时控制，从而会增加一些不必要的开关延迟和开关损耗。近年来随着技术的发展，出现了一些智能型的IGBT驱动可以对IGBT的开关过程细节实现控制，例如：（1）多级栅极电阻切换的IGBT驱动系统，（2）直接对集电极电流变化率进行控制的IGBT驱动系统。中国技术专利“智能数字化大功率IGBT驱动装置”（授权公告号CN204633582U）公开了一种多级栅极电组切换的IGBT驱动系统。首先通过di/dt模块检测IGBT的开关状态，根据IGBT所处的状态通过CPLD实时的切换IGBT的驱动电阻，一方面减小了IGBT的开关延迟和米勒平台时间，减小开关损耗；另一方面降低开通和关断时的IGBT集电极电流的变化率，从而减小开通时的电压尖峰和关断时的电压尖峰，降低IGBT因超出安全工作区而失效的风险。虽然采用改变栅极电阻实现的智能化IGBT驱动电路具有以上优点，但其驱动系统的栅极驱动电压仍为固定电压，仅根据IGBT的工作状态分阶段的改变驱动电阻，不能精确的实现对IGBT栅极驱动电流以及集电极电流的变化率的线性控制，不能实现在最大程度降低开关损耗的基础上保证IGBT工作在安全工作区。中国技术专利申请“一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路”（公开号CN105429440A）公开了一种开关过程自动跟踪控制的大功率IGBT驱动电路，包括三步驱动控制模块，三步驱动控制模块分别与diC/dt检测模块、功率放大模块连接，diC/dt检测模块、功率放大模块均与IGBT连接。直接通过对集电极电流变化率di/dt进行采样，将采样数值经过运算放大器处理，根据与外部给定的值的比较，实时的控制栅极驱动电压的变化，尽而实现控制集电极电流变化率di/dt的目的。该专利公开的技术方案，只是实现了对集电极电流变化率di/dt的线性控制，并没有实现最大程度的减小开关损耗。仅在集电极电流变化率di/dt发生变化的阶段实时的控制栅极驱动电压的变化，对于开关延迟和米勒平台阶段，集电极电流变化率di/dt没有变化，IGBT栅极充电采用的仍然是恒压充电的方式。随着电容电压的上升，充电电流必然减小，尤其是米勒平台阶段，栅极电容电压与充电电压差值已经很小，充电电流也比较小，所以不能够实现最大程度的减小开关延迟和米勒平台时间，减小开关损耗。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出一种智能化的IGBT恒流驱动装置。其基本思路是：以PLD数字控制为核心，通过检测集电极电流IC和极射级电压UCE准确的判断IGBT的工作状态，根据IGBT的工作状态，实时的改变IGBT栅极的充电电流，实现对IGBT的最优控制，（1）以PLD数字控制为核心，可根据不同型号IGBT参数的差异调节控制回路的输出，实现对不同系列、不同型号的IGBT最优控制。（2）驱动IGBT的实质就是对IGBT栅极电流充放电的控制，本专利采用数控恒流源实时的对IGBT栅极充放电电流进行闭环控制，一方面能够限制IGBT栅极充放电电流的最大值，防止栅极以及整个IGBT出现震荡，另一方面可以对IGBT开关过程的实现最优化控制。（3）在有效地抑制IGBT集电极电流的变化率di/dt,减小开通时的电流尖峰和关断时的电压尖峰，防止IGBT因超出安全工作区而损坏的基础上，最大限度的减小开关延迟以及米勒平台时间，减小开关损耗，提高系统效率。（4）在发生短路的情况下，可以根据IGBT极射级 VCE和集电极电流IC的状态区别一类短路和二类短路，选择对应的方式关断IGBT，并根据短路电流的大小控制栅极电流的放电速度，实现软关断，避免关断时出现电压尖峰，超出IGBT的安全工作区。本技术为实现技术目的，所采用的具体方案如下：一种智能化的IGBT恒流驱动装置，包括隔离DC-DC模块、PLD数字控制模块、DAC数模转换模块、受控恒流源、电压比较逻辑电路、门级电流采集电路和电流比较逻辑电路组成。一次侧控制部分的驱动电源和驱动信号经过隔离DC-DC模块为二次侧提供隔离的驱动电源和驱动信号，二次侧的报警信号经过隔离DC-DC模块为一次侧提供隔离的报警信号。驱动信号、电压比较逻辑电路和电流比较逻辑电路的输出端与PLD数字信号的输入端相连，PLD的输出与DAC数模转换模块的输入相连，DAC数模转换模块和减法电路输出与受控恒流源的输入相连，受控恒流源的输出经过驱动电阻Rg与IGBT的门级相连。隔离DC-DC模块主要用于实现一次侧和二次侧之间的隔离，一方面用于实现一次侧和二次侧之间电源的隔离，另一方面用于实现一次侧和二次侧驱动信号和报警信号的隔离传输。PLD数字控制模块为整个系统的核心，通过检测集电极电流Ic和集射级电压Uce实时的判断IGBT所处工作的状态，根据IGBT的工作状态输出相应的数字信号，控制后级系统实现整个驱动系统的闭环控制。其主要作用包括：（1）实现对不同系列不同型号的IGBT最优控制；（2）对PWM 进行数字滤波抑制短脉冲；（3）根据IGBT工作状态，改变IGBT栅极的充放电电流改善开关特性，减小死区时间和开关损耗；（4）综合利用 VCE 检测和IC检测区别一类短路和二类短路，选择对应的方式关断IGBT；（5）在发生短路的情况下，可以根据短路电流的大小控制栅极电流的放电速度，实现软关断，避免关断时出现电压尖峰，超出IGBT的安全工作区。DAC数模转换模块主要用于将PLD输出的数字信号转化为对应的电压信号，作为后级受控恒流源的输入，采用两路输出的高速数模转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能化的IGBT恒流驱动装置，包括隔离DC‑DC模块、PLD数字控制模块、DAC数模转换模块、受控恒流源、电压比较逻辑电路、门级电流采集电路和电流比较逻辑电路；其特征是 ：一次侧控制部分的驱动电源和驱动信号经过隔离DC‑DC模块为二次侧提供隔离的驱动电源和驱动信号，二次侧的报警信号经过隔离DC‑DC模块为一次侧提供隔离的报警信号；驱动信号、电压比较逻辑电路和电流比较逻辑电路的输出端与PLD数字信号的输入端相连，PLD的输出与DAC数模转换模块的输入相连，DAC数模转换模块和减法电路输出与受控恒流源的输入相连，受控恒流源的输出经过驱动电阻Rg与IGBT的门级相连。

【技术特征摘要】
1.一种智能化的IGBT恒流驱动装置，包括隔离DC-DC模块、PLD数字控制模块、DAC数模转换模块、受控恒流源、电压比较逻辑电路、门级电流采集电路和电流比较逻辑电路；其特征是 ：一次侧控制部分的驱动电源和驱动信号经过隔离DC-DC模块为二次侧提供隔离的驱动电源和驱动信号，二次侧的报警信...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚瑱，余国军，徐小军，钱巍，吴波，
申请(专利权)人：南京埃斯顿自动控制技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32