IGBT开关特性动态可变的驱动电路及保护方法技术

一种IGBT开关特性动态可变的驱动电路及保护方法，该IGBT开关特性动态可变的驱动电路包括：脉冲分配及数字控制芯片、开关阵列及栅极驱动阵列；脉冲分配及数字控制芯片通过部分开关阵列及部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT上桥臂的输入端，并通过其余部分开关阵列及其余部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT下桥臂的输入端；脉冲分配及数字控制芯片接收控制器的控制脉冲信号，并接收IGBT上桥臂及IGBT下桥臂反馈的状态信息，根据控制脉冲信号及状态信息在完成脉冲分配、脉冲自锁、脉冲互锁等处理后输出控制脉冲驱动IGBT上桥臂及IGBT下桥臂，与此同时控制开关阵列动态改变栅极驱动电阻，优化开关特性，减少开关损耗，此外还可以向控制器反馈故障编码，便于智能故障诊断。

Dynamic variable driving circuit and protection method of IGBT switch characteristics

A driving circuit for IGBT switching characteristics of dynamic variable and protection method, driving circuit of the IGBT switching characteristics include: dynamic variable pulse distribution and digital control chip, switch array and gate drive array; pulse distribution and digital control chip is connected with the IGBT bridge input through part of switch array and part gate resistor array and through the rest of the switch array and rest gate resistor array is connected IGBT input arm; control pulse signal pulse distribution and digital control chip receiving controller, and receiving status information on the IGBT bridge arm and IGBT bridge arm according to the feedback of the control pulse signal and status information in the pulse distribution, pulse self-locking, interlocking with pulse output control pulse driving IGBT bridge arm and IGBT bridge, at the same time dynamic control switch array The state changes the grid drive resistance, optimizes the switching characteristics, reduces the switching loss, and can also feed back the fault code to the controller so as to facilitate the intelligent fault diagnosis.

【技术实现步骤摘要】
IGBT开关特性动态可变的驱动电路及保护方法
本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种IGBT开关特性动态可变的驱动电路及保护方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)是高速列车牵引辅助变流器中功率模块的核心器件。IGBT驱动器作为功率电路和控制器之间的接口电路，对系统的损耗和可靠性方面有极大的影响，是制约着功率模块自主研制的一项关键技术，一个合理的驱动器设计在整个功率传输变换系统中起着重要的作用，尤其在高电压大功率的应用中，如何对IGBT进行驱动控制和保护以确保IGBT的可靠、安全工作，是IGBT驱动电路及保护设计的难点和关键。传统的IGBT驱动器由简单模拟电路构成，如对于较低功率等级的IGBT驱动电路，驱动保护方案主要为“控制器+模拟驱动电路”。IGBT的底层保护主要通过“模拟驱动电路”来完成，该方案形式单一，保护级别也单一；对于大功率的IGBT驱动电路，驱动保护方案多为“控制器+模拟脉冲分配电路+模拟驱动电路”。相对于低功率等级驱动方案增加了“模拟脉冲分配电路”，然而这一级电路一般不具备保护功能或保护功能单一。此外，传统的由模拟电路构成的IGBT驱动器并不能智能地动态控制IGBT的通断过程且保护策略单一，无法满足大功率IGBT的控制性能和保护要求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种IGBT开关特性动态可变的驱动电路及保护方法，以通过改变IGBT动态开关特性，降低开关损耗，减少大功率应用场合的发热对冷却系统的压力。有效抑制故障时刻的过电压和过电流，同时不影响常态下IGBT的开关速度与性能。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种IGBT开关特性动态可变的驱动电路，该IGBT开关特性动态可变的驱动电路包括：脉冲分配及数字控制芯片、开关阵列及栅极驱动阵列；所述脉冲分配及数字控制芯片通过部分开关阵列及部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT上桥臂的输入端，并通过其余部分开关阵列及其余部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT下桥臂的输入端；所述脉冲分配及数字控制芯片还连接至所述控制器及所述开关阵列；脉冲分配及数字控制芯片接收所述控制器的控制脉冲信号，并接收所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂反馈的状态信息，根据所述控制脉冲信号动态及状态信息驱动所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂，动态改变栅极驱动电阻，并对所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂进行脉冲分配、脉冲自锁处理、脉冲互锁处理及开关阵列控制。一实施例中，所述控制脉冲信号包括：所述IGBT上桥臂的通断控制信号以及所述IGBT下桥臂对通断控制信号。一实施例中，所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号反馈控制结果。一实施例中，若存在IGBT故障发生，所述脉冲分配及数字控制芯片直接完成驱动保护的同时，通过串行通信接口向所述控制器反馈IGBT故障代码。一实施例中，所述状态信息包括：IGBT的di/dt、du/dt、过流信号及过压信号；所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号以及状态信息改变栅极驱动阵列的电阻，以改变IGBT的开关特性。一实施例中，每部分所述开关阵列由一组MOSFET管构成，每部分所述栅极驱动电阻阵列由一组不值相同或不同的电阻构成。一实施例中，所述脉冲自锁处理包括：对IGBT开关进行开通频率及关断频率的控制，以保证IGBT开通最小时间及关断最小时间。一实施例中，所述脉冲互锁处理包括：设置所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂的脉冲互锁的死区时间，确保所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂其中一个关断后，另一个再开通。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种IGBT开关特性动态可变的保护方法，该IGBT开关特性动态可变的保护方法包括：所述控制器向所述数字驱动电路及控制器发送控制脉冲信号；所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号驱动所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂；所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号及所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂反馈的状态信息控制开关阵列动态改变栅极驱动电阻，并完成脉冲分配、脉冲自锁处理、脉冲互锁处理，最终输出控制脉冲驱动所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂。一实施例中，进行脉冲自锁处理包括：对IGBT开关进行开通频率及关断频率的控制，以保证IGBT开通最小时间及关断最小时间。一实施例中，进行脉冲互锁处理包括：设置所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂的脉冲互锁的死区时间，确保所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂其中一个关断后，另一个再开通。一实施例中，还包括：所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号反馈控制结果；若存在IGBT故障发生，所述脉冲分配及数字控制芯片直接完成驱动保护的同时，通过串行通信接口向所述控制器反馈IGBT故障代码。本申请实施例中，可以通过改变IGBT动态开关特性，降低开关损耗，减少大功率应用场合的发热对冷却系统的压力。可以有效抑制故障时刻的过电压和过电流，同时不影响常态下IGBT的开关速度与性能。还可以向控制器反馈故障编码，便于控制器对故障种类的辨识，增强控制器对故障分析及处理的能力。当然实施本申请的任一产品或者方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本专利技术实施例的IGBT开关特性动态可变的驱动电路示意图；图2为本专利技术实施例的脉冲分配及数字控制芯片对上桥臂的控制示意图；图3为本专利技术实施例的脉冲分配及数字控制芯片对下桥臂的控制示意图；图4为本专利技术实施例的IGBT开关特性动态保护方法流程图。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅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做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。经研究，IGBT的开关性能和损耗受栅极驱动电阻影响，尤其在开通关断瞬态过程中，需要快速调节栅极驱动电阻的大小，达到损耗、过电压和过电流的合理化分配目的；同时在故障状态下，通过调节栅极驱动电阻的大小，还能对IGBT进行主动保护。此外，为了避免由于脉冲分配电路和驱动控制电路的分离控制引入的额外干扰和同步性等问题，本专利技术将脉冲分配和数字驱动控制整合到一个控制模块，提供了一种IGBT开关特性动态可变的驱动电路。图1为本专利技术实施例的IGBT开关特性动态可变的驱动电路示意图，如图1所示，该IGBT开关特性动态可变的驱动电路包括：脉冲分配及数字控制芯片、开关阵列及栅极驱动阵列；所述脉冲分配及数字控制芯片通过部分开关阵列及部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT上桥臂的输入端，并通过其余部分开关阵列及其余部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT下桥臂的输入端；所述脉冲分配及数字控制芯片还连接至所述控制器及所述开关阵列。控制器用于发出IGBT桥臂的控制脉冲信号，一实施例中，该控制脉冲信号包括：IGBT上桥臂的通断指令(即控制脉冲信号)以及所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT开关特性动态可变的驱动电路，其特征在于，包括：脉冲分配及数字控制芯片、开关阵列及栅极驱动阵列；所述脉冲分配及数字控制芯片通过部分开关阵列及部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT上桥臂的输入端，并通过其余部分开关阵列及其余部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT下桥臂的输入端；所述脉冲分配及数字控制芯片还连接至所述控制器及所述开关阵列；所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号及所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂反馈的状态信息控制开关阵列动态改变栅极驱动电阻，并同时完成脉冲分配、脉冲自锁处理、脉冲互锁处理，最终输出控制脉冲驱动所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT开关特性动态可变的驱动电路，其特征在于，包括：脉冲分配及数字控制芯片、开关阵列及栅极驱动阵列；所述脉冲分配及数字控制芯片通过部分开关阵列及部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT上桥臂的输入端，并通过其余部分开关阵列及其余部分栅极驱动电阻阵列连接IGBT下桥臂的输入端；所述脉冲分配及数字控制芯片还连接至所述控制器及所述开关阵列；所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号及所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂反馈的状态信息控制开关阵列动态改变栅极驱动电阻，并同时完成脉冲分配、脉冲自锁处理、脉冲互锁处理，最终输出控制脉冲驱动所述IGBT上桥臂及IGBT下桥臂。2.根据权利要求1所述的IGBT开关特性动态可变的驱动电路，其特征在于，所述控制脉冲信号包括：所述IGBT上桥臂的通断指令以及所述IGBT下桥臂对通断指令。3.根据权利要求2所述的IGBT开关特性动态可变的驱动电路，其特征在于，所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述控制脉冲信号反馈控制结果。4.根据权利要求3所述的IGBT开关特性动态可变的驱动电路，其特征在于，若存在IGBT故障发生，所述脉冲分配及数字控制芯片直接进行驱动保护的同时，通过串行通信接口向所述控制器反馈IGBT故障代码。5.根据权利要求1所述的IGBT开关特性动态可变的驱动电路，其特征在于，所述状态信息包括：IGBT的di/dt、du/dt、过流信号及过压信号；所述脉冲分配及数字控制芯片根据所述状态信息，在IGBT的开关过程中动态改变栅极驱动电阻，以优化IGBT的开关性能，减少损耗。6.根据权利要求1所述的IGBT开关特性动态可变的驱动电路，其特征在于，每部分所述开关阵列由一组MOSFET管构成，每部分所述栅极驱动电阻阵列由一组阻值相同或不同的电阻构成。7.根据权利要求1所述的IGBT开关特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：严翔，杨宁，谢望玉，李水昌，刘伟志，左鹏，郑雪洋，赵震，宋术全，程建华，王为介，史志富，邱腾飞，姜龙飞，赵雷廷，董侃，蒋威，马颖涛，高吉磊，张义海，张哲瑞，王霖，杨光威，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院，北京纵横机电技术开发公司，中国铁道科学研究院机车车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11