一种高压功率半导体阀组驱动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术的名称为一种高压功率半导体阀组驱动装置。属于功率半导体器件应用技术领域。它主要是解决现有高压半导体阀组的每只器件的驱动系统和低压控制系统之间的绝缘隔离问题。它的主要构成是：由分频系统、控制系统、隔离系统、驱动系统和保护系统五部分组成。分频系统包括光脉冲转换电路、放大电路、两组分频电路和光信号转换电路；控制系统包括模拟输入信号放大电路、两组开关控制电路和两组隔离电源；隔离系统由N个晶体磁环叠加构成；驱动系统包括脉冲耦合电路、整流电路和滤波电路。本实用新型专利技术具有使用安全、开关性能可靠和开通一致性良好的特点，主要用于不同应用领域的高压半导体阀组组件触发脉冲装置。

A driving device for high voltage power semiconductor valve group

The utility model is a high-voltage power semiconductor valve group driving device. It belongs to the application field of power semiconductor devices. It mainly solves the insulation problem between the drive system of each device of the existing high-voltage semiconductor valve group and the low-voltage control system. Its main components are: frequency division system, control system, isolation system, drive system and protection system. The frequency division system includes optical pulse conversion circuit, amplification circuit, two frequency division circuit and optical signal conversion circuit; the control system includes analog input signal amplification circuit, two groups of switch control circuit and two groups of isolation power supply; the isolation system consists of N crystal magnetic rings superimposed; the drive system includes pulse coupling circuit and rectification circuit. And filter circuit. The utility model has the characteristics of safe use, reliable switching performance and good opening consistency, and is mainly used for triggering impulse devices of high-voltage semiconductor valve assembly in different application fields.

【技术实现步骤摘要】
一种高压功率半导体阀组驱动装置
本技术属于功率半导体器件应用
具体涉及一种高压半导体开关阀组的驱动装置。
技术介绍
高压半导体开关阀组由多只晶闸管或IGBT等半导体器件串联组成，每只半导体器件均需要独立的驱动系统。而控制系统一般在低压侧，因此需要解决高压半导体阀组每只器件的驱动系统和低压控制系统之间的绝缘隔离问题。同时，阀组中每只串联器件的驱动信号要求具有高度同步一致性。当阀组应用于连续阻尼振荡工作条件下时，半导体器件多次导通过零点，为确保器件多次开通一致性，必须对器件的每次过零施加符合要求的连续驱动信号。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供一种高压功率半导体阀组驱动装置，能综合性解决绝缘隔离、脉冲一致性、连续强触发这三大难题，提高系统的稳定性。本技术的技术解决方案是：一种高压功率半导体阀组驱动装置，其特征在于：由分频系统、控制系统、隔离系统、驱动系统和保护系统五部分组成；其中，所述的分频系统包括光脉冲转换电路、双单稳态多谐振荡器、集成电路放大电路、两组输入端并联的分频电路和光信号转换电路；所述的控制系统包括模拟输入信号放大电路、两组并列的开关控制电路和两组隔离电源；所述的隔离系统由N个晶体磁环叠加而成；所述的驱动系统包括脉冲耦合电路、整流电路和滤波电路，脉冲耦合电路由每个晶体磁环上绕置多股线圈构成；所述的保护系统包括由比较器构成的保护电路，该保护电路的一个输入端接保护阈值，另一个输入端接光纤接收计数器，输出端接模拟输入信号放大电路。本技术的技术解决方案中所述的N个晶体磁环叠加套在一根电缆上，电缆的两头分别对应连接两组并列的开关控制电路和两组隔离电源。本技术的技术解决方案中所述的光脉冲转换电路由光纤接收器集成电路构成；分频电路由双单稳态多谐振荡器集成电路及其外围元器件构成；光信号转换电路由光纤接收器集成电路及其外围元器件构成；模拟输入信号放大电路包括由光纤收发器集成电路组成的光信号接收集成电路，由三端正稳压器集成电路组成的±15V稳压电源电路，由晶体管组成的一级复合放大电路，和由功率达林顿晶体管组成的二级推挽电路；两组并列的开关控制电路由两组并列的IGBT开关控制电路构成。本技术的技术解决方案中所述的N个晶体磁环分别与N个待驱动的半导体阀片相对应。本技术的技术解决方案中所述的光脉冲转换电路、放大电路、两组输入端并联的分频电路和光信号转换电路依次连接；模拟输入信号放大电路与两组并列的开关控制电路的输入端连接，两组并列的开关控制电路的输出端分别连接两组隔离电源；光信号转换电路与模拟输入信号放大电路连接。本技术的技术解决方案中所述的驱动系统为宽方波脉冲驱动电路。本技术采用高效耦合方式，以减少耦合损耗，可依据客户需求输出相应的宽脉冲驱动信号。具有使用安全、开关性能可靠、开通一致性好、装配使用方便、维护方便简洁、使用寿命长、对单元中的功率器件有着过压保护等优点，是一种能适用于不同应用领域的高压半导体阀组组件触发脉冲装置。附图说明图1是本技术的原理框图。图2是本技术的实施电路图。图3是本技术控制系统和隔离系统电路原理图。图4是本技术保护系统动作示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详述。如图1至图4所示，本技术一种高压功率半导体阀组驱动装置由分频系统1、控制系统2、隔离系统3、驱动系统4和保护系统5共五部分组成。其中，分频系统1包括光脉冲转换电路、放大电路、两组输入端并联的分频电路和光信号转换电路。光脉冲转换电路由光纤接收器集成电路（型号：HFBR-2412TZ）OP1构成。放大电路由三极管V1和电阻R0构成，基极同时与OP1的3脚V﹣、7脚V﹣连接，电阻R0与电源﹢VCC连接。分频电路由双单稳态多谐振荡器集成电路（型号：HCC4538BF）U1A、U1B、电阻R1、R2、R3、R6、R7、R8、电容C1、C2构成，U1A的5脚TRIG﹣、U1B的11脚TRIG﹢分别与三极管V1的集电极连接，U1A的2脚Rext/Cext经串联电阻R1和R2和U1B的14脚Rext/Cext经串联电阻R6和R7分别与电源+VCC连接，电容C1连接在U1A的1脚与2脚之间，电容C2连接在U1B的15脚与14脚之间，U1A的5脚与6脚连接，U1B的11脚与10脚连接。光信号转换电路由光纤接收器集成电路（型号：HFBR-2412TZ）HFBR1、HFBR2、电阻R5、R10构成，HFBR1的2脚、6脚与电阻R5的一端及U1A的6脚连接，HFBR1的3脚与电阻R5的另一端及地连接，HFBR2的2脚、6脚与电阻R10的一端及U1B的10脚连接，HFBR2的3脚与电阻R10的另一端及地连接。控制系统2包括模拟输入信号放大电路、两组并列的开关控制电路和两组隔离电源VCC1、VCC2。模拟输入信号放大电路由光信号接收集成电路、一级复合放大电路和二级推挽电路构成。光信号接收集成电路由光纤收发器集成电路（型号：HFBR-2412）组成，±15V稳压电源电路由两个三端正稳压器集成电路（型号：7815、7915）组成，一级复合放大电路由两个晶体管（型号：8050、8550）组成，二级推挽电路由两个功率达林顿晶体管（TIP127、TIP122）组成。两组并列的开关控制电路由IGBT1、IGBT2分别与二极管组成的两组并列的IGBT开关控制电路构成，IGBT1、IGBT2的控制极分别与模拟输入信号放大电路的两个输出端连接，IGBT1、IGBT2的C极分别与电源VCC2、VCC1连接。隔离系统3由N个晶体磁环叠加而成，N个晶体磁环分别与N个待驱动的半导体阀片相对应。N个晶体磁环叠加套在一根电缆上，电缆的两头分别对应连接两组并列的开关控制电路和两组隔离电源VCC1、VCC2。驱动系统4包括脉冲耦合电路、整流电路和滤波电路。脉冲耦合电路由绕置多股线圈的晶体磁环构成。驱动系统4为宽方波脉冲驱动电路。保护系统5包括由比较器（LM324N）、±15V电源、光纤计数器构成的保护电路组成。该保护电路的U0A2脚输入端接保护阈值，U0A3脚输入端接光纤接收计数器HFBR-2412TZ，U0A1脚接控制系统2模拟输入信号放大电路。模拟输入信号放大电路与光信号转换电路连接。N组分别由N个T1、光电二极管Z1及电阻R1连接构成光脉冲信号发生器，再经光纤输入进光纤接收计数器，然后输出IN连接保护电路的U0A3。如图2所示，用户将一定频率的光脉冲列输入到OP1，光信号通过OP1转换为模拟信号。模拟信号通过V1放大后，同时传输到U1A和U1B进行分频处理，然后分别进入HFBR1和HFBR2转换为光信号输出到控制系统。隔离系统由特制的晶体磁环叠加而成，可依据使用工况调整晶体磁环内径，适应不同的耐压等级。晶体磁环与半导体阀片一一对应。采用一根电缆从晶体磁环内径圆心穿过，电缆的两头分别通过开关IGBT1、IGBT2接入两组隔离电源VCC1、VCC2。在每个晶体磁环上绕置多股线圈作为脉冲耦合部分，通过整流、滤波电路输出到功率器件阀片组成驱动部分。控制系统接收到分频系统信号后，将两路互补信号通过信号放大部分将模拟弱信号放大增强后分别驱动到开关IGBT1、IGBT2。首先控制系统导通IGBT1，VCC1电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压功率半导体阀组驱动装置，其特征在于：由分频系统（1）、控制系统（2）、隔离系统（3）、驱动系统（4）和保护系统（5）五部分组成；其中，所述的分频系统（1）包括光脉冲转换电路、双单稳态多谐振荡器、集成电路放大电路、两组输入端并联的分频电路和光信号转换电路；所述的控制系统（2）包括模拟输入信号放大电路、两组并列的开关控制电路和两组隔离电源（VCC1、VCC2）；所述的隔离系统（3）由N个晶体磁环叠加而成；所述的驱动系统（4）包括脉冲耦合电路、整流电路和滤波电路，脉冲耦合电路由每个晶体磁环上绕置多股线圈构成；所述的保护系统（5）包括由比较器构成的保护电路，该保护电路的一个输入端接保护阈值，另一个输入端接光纤接收计数器，输出端接模拟输入信号放大电路。

【技术特征摘要】
1.一种高压功率半导体阀组驱动装置，其特征在于：由分频系统（1）、控制系统（2）、隔离系统（3）、驱动系统（4）和保护系统（5）五部分组成；其中，所述的分频系统（1）包括光脉冲转换电路、双单稳态多谐振荡器、集成电路放大电路、两组输入端并联的分频电路和光信号转换电路；所述的控制系统（2）包括模拟输入信号放大电路、两组并列的开关控制电路和两组隔离电源（VCC1、VCC2）；所述的隔离系统（3）由N个晶体磁环叠加而成；所述的驱动系统（4）包括脉冲耦合电路、整流电路和滤波电路，脉冲耦合电路由每个晶体磁环上绕置多股线圈构成；所述的保护系统（5）包括由比较器构成的保护电路，该保护电路的一个输入端接保护阈值，另一个输入端接光纤接收计数器，输出端接模拟输入信号放大电路。2.根据权利要求1所述的一种高压功率半导体阀组驱动装置，其特征是：所述的N个晶体磁环叠加套在一根电缆上，电缆的两头分别对应连接两组并列的开关控制电路和两组隔离电源（VCC1、VCC2）。3.根据权利要求1或2所述的一种高压功率半导体阀组驱动装置，其特征是：所述的光脉冲转换电路由光纤接收器集成电路（OP1）构成；分频电路由双单稳态多谐振荡器集...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖彦，吴拥军，邹宗林，曾庆泉，王永轶，段彬彬，朱玉德，
申请(专利权)人：湖北台基半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42