一种I型三电平驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及一种I型三电平驱动电路，包括：信号调制电路，DC/DC转换电路，隔离传输电路，信号解调电路，驱动电路，过压保护电路。发明专利技术的优点在于，能够抑制IGBT关断过程中产生的集电极电压尖峰，能够有效防止门极电压过高。优选地，本发明专利技术还对输入信号时序进行检测处理，防止异常的换流时序，当出现短路故障时无需考虑特定的关断时序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三电平IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动电路，特别涉及一种I型三电平驱动电路。
技术介绍
随着太阳能发电、风力发电、UPS技术的不断发展和市场的不断扩大，对逆变器效率的要求也越来越被制造商重视，因此三电平的拓扑结构便应运而生。三电平逆变器与两电平逆变器相比具有以下优点：1.使用同一电压水平的IGBT时，三电平逆变器可使输出电压及功率增大一倍；2.在无须高电压的应用中，三电平逆变器允许使用较低压的IGBT模块，能提高IGBT开关频率；3.三电平逆变器的电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦，正弦性更好，功率因数更高；4.不要求集电极电压达到静态和动态对称，从而简化IGBT驱动的设计，并避免使用外部缓冲电路；5.当使用相同的开关频率时，最终的输出频率可以提高一倍，显然有助于减小无源元件的尺寸和降低开关损耗。另一方面，三电平逆变器的控制会带来一些其他问题：1.关断IGBT所产生的的电压尖峰通常高于两电平逆变器，因此在抑制关断过压方面，需要进行更多的考虑；需要考虑特定的换流时序。
技术实现思路
本专利技术的目的在于根据三电平逆变器控制所需要的特点有效抑制关断过压的三电平门极驱动电路。本专利技术次一目的是提供一种能够对换流时序进行检测的三电平门极驱动电路。为此，本专利技术提出的一种I型三电平驱动电路包括：信号调制电路，用于将信号检测电路输入的信号调制为能通过隔离传输装置的信号；DC/DC转换电路，用于通过信号调制电路，使该转换电路输出频率可调；隔离传输电路，用于将调制好的信号通过隔离变换电路，传输到信号解调电路和整流滤波电路；信号解调电路，用于将经过隔离传输过来的信号解调得到可以驱动IGBT模块的信号；驱动电路，用于控制和保护IGBT门极；电源变换电路，用于将整流滤波电路的输出电源进行分配，分配成一个适合IGBT开通的正电压和适合IGBT关断的负电压，两者正负电压绝对值之和仍为整流滤波电路的输出电源；过压保护电路，用于当IGBT过电压时有效抑制IGBT过电压，使IGBT工作在正常电压范围内；所述过压保护电路中包含过压检测电路和至少一个瞬变电压抑制二极管，分别与IGBT集电极相连，组成有源钳位电路；所述有源钳位电路当有源钳位对应的IGBT发生过压时通过至少一个瞬变电压抑制二极管将过电压钳位在IGBT安全的工作电压范围内。优选地，本专利技术还包括如下改进特征：还包括信号检测电路，用于检测电路的输入信号时序，防止异常的信号时序对IGBT造成的损坏；逻辑保护电路，用于实时监测外部IGBT或者内部故障，出现故障时迅速动作保护IGBT。所述DC/DC转换电路根据驱动IGBT功率要求可以外接MOSFET来增加输出能力。还包括欠压保护电路，用于实时监测整个电路中模块供电电压，当电压低于某一值时，输出故障信号，IGBT被保护。所述DC/DC转换电路、信号调制电路、逻辑保护电路集成于一个芯片中；所述电源变换电路、信号解调电路集成于另一个芯片中。所述信号检测电路对三电平模块中的各个IGBT所对应的四路PWM信号进行逻辑处理，输出端与故障输出端连接在一起，当不能同时为高的两路PWM信号同时为高时，输出为低，此时出现故障，所述信号检测电路输出故障信号到信号调制电路进而输入到逻辑保护电路，逻辑保护电路检测到故障后会输出关断信号并经过隔离传输电路的传输和次边信号解调电路的解调最终输出负电压使各个IGBT均被关断。所述隔离传输电路是一种脉冲变压器，该脉冲变压器包括最少一组原边线圈和最少一组副边线圈，将经过原边集成电路处理过形成的窄脉冲信号和直流变换信号通过该变压器传输到次边。还包括整流滤波电路，用于将隔离传输电路的输出分两路独立整流滤波，并引出公共端实现正负电源输出，用于为所用正负电源供电。所述过压检测电路通过一系列电阻串联将IGBT端高压转换为低压，与预设的电压通过比较电路进行比较，检测是否发生过压。在门极与发射极之间也并联了一个低压TVS管，当门极电压超过了TVS管的耐压值时TVS管迅速导通，将门极电压钳位在设定的电压范围。电源变换电路用于将整流滤波电路的输出电源进行分配，分配成一个适合IGBT开通的正电压和适合IGBT关断的负电压，两者正负电压绝对值之和仍为整流滤波电路的输出电源。本专利技术的优点在于，通过采用具有快速响应速度的瞬变电压抑制二极管(TVS)所组成的有源钳位电路，当电路集电极电压过高时TVS管能够迅速导通使电压钳在设定的安全的电压范围内故能够抑制IGBT关断过程中产生的集电极电压尖峰。在优选方案中，将门极电压钳位在设定的电压范围，因此能够有效防止门极电压过高。更优选地，本专利技术还对输入信号时序进行检测处理，防止异常的换流时序，当出现短路故障时无需考虑特定的关断时序。进一步优选地，本专利技术还有如下优点：采用单电源供电，即可满足IGBT驱动正负电源的需求；将PWM信号变换为控制开通与关断的正负电平；当电源电压出现欠压时能够迅速关断IGBT，以防止出现误开通。附图说明图1是本专利技术实施例电路原理方框图。图2是本专利技术实施例电路原理图。图3是本专利技术实施例信号检测处理电路的一种实施方式原理图。图4-1是本专利技术实施例中芯片QD1011的应用框图。图4-2是本专利技术实施例中芯片QD1011的原理框图。图4-3是本专利技术实施例中芯片QD1011的输入与输出引脚逻辑关系图。图4-4是本专利技术实施例中芯片QD1011的模式选择原理框图。图4-5是本专利技术实施例中芯片QD1011的半桥模式下输入输出关系图。图4-6是本专利技术实施例中芯片QD1011的故障锁定示意图。图4-7是本专利技术实施例中芯片QD1011的DCDC控制应用电路示例图。图5-1是本专利技术实施例中芯片QD2011的应用框图。图5-2是本专利技术实施例中芯片QD2011的原理框图。图5-3是本专利技术实施例中芯片QD2011的输入与输出引脚逻辑关系图。图5-4是本专利技术实施例中芯片QD2011的短路保护原理框图。图5-5是本专利技术实施例中芯片QD2011的IGBT发射级电压的确定示意图。图5-6是本专利技术实施例中芯片QD2011的Fault端口波形图。图5-7是本专利技术实施例中芯片QD2011的门极驱动原理框图。图5-8是本专利技术实施例中芯片QD2011的有源箝位工作原理图。具体实施方式如图1所示，本实施例的I型三电平驱动电路依次包括：一信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种I型三电平驱动电路，其特征是包括：信号调制电路，用于将信号检测电路输入的信号调制为能通过隔离传输装置的信号；DC/DC转换电路，用于通过信号调制电路，使该转换电路输出频率可调；隔离传输电路，用于将调制好的信号通过隔离变换电路，传输到信号解调电路和整流滤波电路；信号解调电路，用于将经过隔离传输过来的信号解调得到可以驱动IGBT模块的信号；驱动电路，用于控制和保护IGBT门极；电源变换电路，用于将整流滤波电路的输出电源进行分配，分配成一个适合IGBT开通的正电压和适合IGBT关断的负电压，两者正负电压绝对值之和仍为整流滤波电路的输出电源；过压保护电路，用于当IGBT过电压时有效抑制IGBT过电压，使IGBT工作在正常电压范围内；所述过压保护电路中包含过压检测电路和至少一个瞬变电压抑制二极管，分别与IGBT集电极相连，组成有源钳位电路；所述有源钳位电路当有源钳位对应的IGBT发生过压时通过至少一个瞬变电压抑制二极管将过电压钳位在IGBT安全的工作电压范围内。

【技术特征摘要】
1.一种I型三电平驱动电路，其特征是包括：
信号调制电路，用于将信号检测电路输入的信号调制为能通过隔离传输装置的信号；
DC/DC转换电路，用于通过信号调制电路，使该转换电路输出频率可调；
隔离传输电路，用于将调制好的信号通过隔离变换电路，传输到信号解调电路和整流
滤波电路；
信号解调电路，用于将经过隔离传输过来的信号解调得到可以驱动IGBT模块的信号；
驱动电路，用于控制和保护IGBT门极；
电源变换电路，用于将整流滤波电路的输出电源进行分配，分配成一个适合IGBT开
通的正电压和适合IGBT关断的负电压，两者正负电压绝对值之和仍为整流滤波电路的输
出电源；
过压保护电路，用于当IGBT过电压时有效抑制IGBT过电压，使IGBT工作在正常
电压范围内；
所述过压保护电路中包含过压检测电路和至少一个瞬变电压抑制二极管，分别与
IGBT集电极相连，组成有源钳位电路；所述有源钳位电路当有源钳位对应的IGBT发生
过压时通过至少一个瞬变电压抑制二极管将过电压钳位在IGBT安全的工作电压范围内。
2.如权利要求1所述的I型三电平驱动电路，其特征在于还包括：信号检测电路，
用于检测电路的输入信号时序，防止异常的信号时序对IGBT造成的损坏；逻辑保护电路，
用于实时监测外部IGBT或者内部故障，出现故障时迅速动作保护IGBT。
3.如权利要求1所述的I型三电平驱动电路，其特征在于：所述DC/DC转换电路根
据驱动IGBT功率要求可以外接MOSFET来增加输出能力。
4.如权利要求1所述的I型三电平驱动电路，其特征在于：还包括欠压保护电路，
用于实时监测整个电路中模块供电电压，当电压低于某一值时，输出故障信号，IGBT被
保护。
5.如权利要求2所述的I型三电平驱动电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：方曙东，黄辉，汪之涵，黄志平，
申请(专利权)人：深圳青铜剑科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44