一种中高压IGBT通用智能驱动板制造技术

本发明专利技术公开一种中高压IGBT通用智能型驱动板，包括智能核心板、通用适配板和通用直流电源。针对不同电压等级与不同型号的IGBT驱动板检修时可通过在适配板上更改元器件连接方式或直接更换元器件来实现；智能核心板采用通用电路和可编程门极驱动电阻阵列，只需要更新相应的驱动程序，可实现不同电压等级与不同型号IGBT的驱动参数配置、通讯协议匹配以及故障信息记录和上传功能；通用直流电源输入输出设计为耐高压高频变压器隔离，以满足不同电压等级的绝缘要求，同时兼容直流和交流供电方式。实现了检修时不需要对整个驱动板进行重新开发，缩短了变流器与IGBT驱动的检修周期，降低了变流器检修成本。

A medium and high voltage IGBT general intelligent drive board

The invention discloses a medium and high voltage IGBT general intelligent drive board, which includes an intelligent core board, a universal adapter board and a general current power supply. According to the different voltage levels and different types of IGBT driver board maintenance can be achieved through the adapter board components change connection mode or direct replacement components; intelligent core board with the circuit and programmable gate drive resistor array, only need to update the corresponding driver, can realize the different voltage levels and different types of IGBT the driving parameter configuration, communication protocol, and the fault information record and upload function; the general DC power input and output design for high voltage high frequency transformer isolation, to meet the insulation requirements of different voltage levels, compatible with both DC and AC power supply. It does not need to redevelop the whole drive board, shorten the maintenance cycle of the converter and IGBT drive, and reduce the cost of the converter overhaul.

【技术实现步骤摘要】
一种中高压IGBT通用智能驱动板
本专利技术涉及交流驱动
，尤其涉及一种中高压IGBT通用智能驱动板。
技术介绍
牵引变流系统作为机车的核心部件承载主功率的传输，由于机车应用现场复杂，变流器功率模块或者部件有较高的故障几率。在大功率变流器的检修和维护升级时常常遭遇供应链问题，在需要备件的时候买不到或是成本非常高。另一方面，由于机车车型多样、变流器供应商繁杂，目前的变流器检修方案不具有通用性，每一种变流器功率模块的检修仅成为个案，每一次都需要进行重新设计与开发，大大加长了检修周期，增加了检修成本。随着机车使用年限的增加，IGBT模块和驱动板更换带来的挑战成为机车维护和运用的最主要问题，直接影响到维护成本和运行机车的使用性。具体表现如下：针对不同电压等级与不同型号的IGBT，一是电压等级不同导致驱动板的电气特性要求不同，需要重新设计驱动板硬件电路；二是IGBT器件参数与开关特性不同需要不同的驱动参数配置；因此单一的驱动板很难做到兼容，导致每一个案例都要重新进行驱动板硬件与软件开发，开发周期较长和成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种中高压IGBT通用智能型驱动板，以克服上述技术问题。智能核心板、至少一个通用适配板和通用直流电源；所述智能核心板分别与所述通用适配板、所述通用直流电源连接；所述通用适配板包括：Vce电压检测电路和有源钳位电路，所述Vce电压检测电路用于根据检测到的IGBT的Vce电压对所述IGBT进行退饱和分级短路保护，所述有源钳位电路用于抑制IGBT集电极电压尖峰，利用瞬态二极管进行过电压保护，并将有源钳位状态送给智能核心板；所述Vce电压检测电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与智能核心板的电压比较电路连接，所述有源钳位电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与所述IGBT的门极连接；所述Vce电压检测电路和所述有源钳位电路的耐高压部分均采用多组瞬态二极管串联；所述多组瞬态二极管的连接路线为直线或者折线或者由所述直线和所述折线共同组成的三角形。进一步地，所述通用直流电源的输入端为直流电压或者交流电压，输出端为稳压直流，所述通用直流电源，包括：耐高压高频隔离变压器电路和输出电压控制电路；所述耐高压高频隔离变压器电路一端与直流/交流电源连接，另一端与所述输出电压口控制电路连接，所述输出电压控制电路的另一端与所述智能核心板连接。进一步地，所述耐高压高频隔离变压器电路包括：H桥方波调制单元和隔离变压器；所述H桥方波调制单元与所述隔离变压的原边连接，用于使所述隔离变压器原、副边产生高频方波以减小变压器的体积，所述隔离变压器用于隔离电源输入、输出间的高压。进一步地，所述输出电压控制电路包括：二极管不控整流桥和稳压电路；所述二极管不控整流桥用于将所述隔离变压器副边的交流方波电压整流为直流电压，所述稳压电路将该直流电压通过升/降压电路闭环调整为目标直流电压值。进一步地，所述智能核心板包括：光纤端口、FPGA逻辑芯片、输出放大电路、可编程门极电阻阵列、输入输出接口以及所述FPGA芯片的外围电路；所述FPGA芯片分别与所述输出放大电路、所述可编程门极电阻阵列、所述输入输出接口以及所述外围电路连接，所述输出放大电路的另一端与门极电阻阵列的输入端连接，所述可编程门极电阻阵列的另一端与IGBT的门极连接，所述输入输出接口的另一端与光纤收发器连接。进一步地，所述外围电路包括：电源电路、检测信号输入电路、故障输出电路、报警指示LED电路以及时钟电路。本专利技术中高压IGBT通用智能型驱动板的通用性与智能性表现在当驱动不同电压和电流等级的IGBT时，不需要重新设计通用适配板的电路。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术高压IGBT通用智能驱动板结构示意图；图2为本专利技术高压IGBT通用智能驱动板接口示意图；图3是本专利技术的通用直流电源原理框图；图4是本专利技术的可编程门极电阻阵列示意图；图5a是本专利技术的通用适配板元器件线路示意图；图5b是本专利技术的通用适配板元器件另一线路示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术高压IGBT通用智能驱动板结构示意图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：智能核心板101、至少一个通用适配板102和通用直流电源103；所述智能核心板分别与所述通用适配板、所述通用直流电源连接；所述通用适配板包括：Vce电压检测电路和有源钳位电路，所述Vce电压检测电路用于根据检测到的IGBT的Vce电压对所述IGBT进行退饱和分级短路保护，所述有源钳位电路用于抑制IGBT集电极电压尖峰，利用瞬态二极管进行过电压保护，并将有源钳位状态送给智能核心板；所述Vce电压检测电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与智能核心板的电压比较电路连接，所述有源钳位电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与所述IGBT的门极连接；所述Vce电压检测电路和所述有源钳位电路的耐高压部分均采用多组瞬态二极管串联；所述多组瞬态二极管的连接路线为直线或者折线或者由所述直线和所述折线共同组成的三角形。具体而言，如图2所示，智能核心版101、通用适配板102和通用电源板103各端口定义及连接关系如下：智能核心板101的端口1：控制电源输入，端口2：光纤收发器，端口3：检测信号和状态信号输入，端口4：IGBT功率E极连接口，端口5：IGBT信号E极连接口，端口6：IGBT的G极连接口，端口7：IGBT的C极连接口，8为FPGA主芯片。通用适配板102的端口9：检测信号和状态信号输入，端口10：IGBT的G极连接口，端口11：IGBT的C极连接口，端口12：IGBT功率E极连接口，端口13：IGBT信号E极连接口。通用电源板103的端口14：直流电源输入，端口15：交流电源输入，端口16：控制电源输出。智能核心板101的端口1与通用电源板103的端口16相连获得控制电源，光纤端口2接收来自变流器控制单元的PWM信号，经过主芯片8(FPGA)的处理后生成可以驱动IGBT的门极信号Vge到端口5、6(实际应用时，101板的4、5、6、7端口与102板的12、13、10、11分别相连，然后接到IGBT的相应端子上去)。智能核心板101端口3为从通用适配板102端口9获得的Vce信号和有源钳位信号，FPGA内的驱动程序根据该些反馈信号，采用相对应的逻辑算法，实现PWM信号传输和IGBT保护等功能。例如：以短路保护为例，当检测的Vce电压超过第一阈值电压时，运行一级退饱和短路保护，超过第二阈值电压时，采用二级退饱和短路保护。本实施例的适配板的Vce电压检测电路和有源钳位电路的耐高压部分的多组串联的瞬态二极管，该些瞬态二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高压IGBT通用智能型驱动板，其特征在于，包括：智能核心板、至少一个通用适配板和通用直流电源；所述智能核心板分别与所述通用适配板、所述通用直流电源连接；所述通用适配板包括：Vce电压检测电路和有源钳位电路，所述Vce电压检测电路用于根据检测到的IGBT的Vce电压对所述IGBT进行退饱和分级短路保护，所述有源钳位电路用于抑制IGBT集电极电压尖峰，利用瞬态二极管进行过电压保护，并将有源钳位状态送给智能核心板；所述Vce电压检测电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与智能核心板的电压比较电路连接，所述有源钳位电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与所述IGBT的门极连接；所述Vce电压检测电路和所述有源钳位电路的耐高压部分均采用多组瞬态二极管串联；所述多组瞬态二极管的连接路线为直线或者折线或者由所述直线和所述折线共同组成的三角形。

【技术特征摘要】
1.一种中高压IGBT通用智能型驱动板，其特征在于，包括：智能核心板、至少一个通用适配板和通用直流电源；所述智能核心板分别与所述通用适配板、所述通用直流电源连接；所述通用适配板包括：Vce电压检测电路和有源钳位电路，所述Vce电压检测电路用于根据检测到的IGBT的Vce电压对所述IGBT进行退饱和分级短路保护，所述有源钳位电路用于抑制IGBT集电极电压尖峰，利用瞬态二极管进行过电压保护，并将有源钳位状态送给智能核心板；所述Vce电压检测电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与智能核心板的电压比较电路连接，所述有源钳位电路一端与所述IGBT的集电极连接，另一端与所述IGBT的门极连接；所述Vce电压检测电路和所述有源钳位电路的耐高压部分均采用多组瞬态二极管串联；所述多组瞬态二极管的连接路线为直线或者折线或者由所述直线和所述折线共同组成的三角形。2.根据权利要求1所述的IGBT通用智能型驱动板，其特征在于，所述通用直流电源的输入端为直流电压或者交流电压，输出端为稳压直流，所述通用直流电源，包括：耐高压高频隔离变压器电路和输出电压控制电路；所述耐高压高频隔离变压器电路一端与直流/交流电源连接，另一端与所述输出电压口控制电路连接，所述输出电压控制电路的另一端与所述智能核心板连接。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚京波，刘洪萍，闫岩，朱琳，付尧，于昊田，
申请(专利权)人：中车大连机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21