一种轨道交通IGBT全时保护驱动器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，完成了包括欠压保护、干扰信号的屏蔽、IGBT栅极电压保护、VCE电压抑制、开关电阻分段控制、过流保护、全时短路工况的保护措施及工作原理，通过超高压隔离技术既实现了电气隔离，又实现了信号隔离，通过栅极过压保护技术为防止IGBT栅极过压提供了有效的保护，通过IGBT开关动作的全时控制技术在开通和关短期间分段调节栅极电阻，有效解决di/dt和dv/dt的速率问题，通过IGBT全时短路状况保护技术实现IGBT全时短路保护功能，通过VCE过压保护技术在软硬件方面实现对IGBT的过压保护。本实用新型专利技术的优点是，实现了对IGBT的多方面、多角度的完善保护。

A kind of IGBT full time protection driver for rail transit

The utility model relates to a rail transit IGBT full-time protection driver, which completes the protection measures and working principles including under voltage protection, interference signal shielding, IGBT grid voltage protection, VCE voltage suppression, switch resistance sectional control, over-current protection and full-time short circuit working condition. Through the ultra-high voltage isolation technology, the electric isolation is realized, and the signal isolation is realized Pole over-voltage protection technology provides effective protection for preventing IGBT gate over-voltage. Through the full-time control technology of IGBT switch action, the gate resistance is adjusted in sections during the opening and closing period to effectively solve the speed problem of di / dt and DV / dt. The full-time short-circuit protection function of IGBT is realized by IGBT full-time short-circuit condition protection technology, and the software and hardware of IGBT are realized by VCE over-voltage protection technology Over voltage protection. The utility model has the advantages of realizing the perfect protection of IGBT in various aspects and angles.

【技术实现步骤摘要】
一种轨道交通IGBT全时保护驱动器
本技术属于电路保护驱动器领域，具体涉及一种轨道交通IGBT全时保护驱动器。
技术介绍
目前在轨道交通技术装备中传动系统中的关键部分为牵引变流器，电力电子器件又是变流器中最核心的器件之一。目前IGBT(绝缘栅极双极性晶体管)作为一种可控器件在轨道交通中牵引变流器和各种辅助变流器中得到广泛的应用，IGBT模块的导通和截止需要驱动控制电路来控制，现有驱动控制电路存在如下几方面的问题：1、体积大，分立器件或集成式构成的驱动控制电路体积大。2、隔离不够完全，有的仅仅实现了电气隔离，但并没有实现信号隔离。3、IGBT保护功能不完善。现有中国专利文件201510454264.9公布了一种步进电机驱动器中IGBT保护电路及保护方法，其主要技术方案为：包括控制电路、过流保护电路、电流互感器、栅极驱动、栅极驱动、IGBT、栅极电阻、栅极稳压二极管以及三极管。控制电路与栅极驱动及三级管基极连接，栅极驱动通过栅极电阻与IGBT栅极连接，三极管集电极与稳压二极管阴极连接，稳压二极管阳极与IGBT栅极连接，电流互感器串联在电机线圈中，电流互感器的输出端与过流保护电路的输入端连接，过流保护电路输出端与控制电路连接。与本技术方案不同。
技术实现思路
本技术的目的是解决上述问题，提供一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，完成了包括欠压保护、干扰信号的屏蔽、IGBT栅极电压保护、VCE电压抑制、开关电阻分段控制、过流保护、全时短路工况的保护措施及工作原理，既实现了电气隔离，又实现了信号隔离，实现了对IGBT的多方面、多角度的完善保护。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，采用DC-DC电磁隔离技术进行信号的隔离，电源输入电压为15V-24V；采用栅极过压保护技术，在IGBT的栅极与发射极两端并联静电释放电阻及用于抑制过压的TVS二极管，并在其基础上增设肖特基二极管到栅极电源，为栅极过压提供反馈到栅极电源的通道；采用分时段全时控制IGBT开关电阻，通过设置可编程逻辑单元在开通和关短期间分段调节栅极电阻，以控制di/dt和dv/dt的速率稳定；采用IGBT全时短路状况保护技术，在退饱和及电阻分压的基础上增加VE-e电压检测模块，实现IGBT全时短路保护；采用VCE过压保护技术，软硬件集合实现对IGBT的过压保护，硬件方面采用TVS设定有源钳位保护点，技术采用负反馈环路；软件方面当IGBT电压达到额定电压后电流开始下降，此时控制选取较大的电阻来延缓di/dt速率，减小由于杂散电感以及di/dt产生的VCE过压。进一步的，所述驱动器利用磁芯变压器技术实现10KV超高压隔离。进一步的，所述分时段全时控制IGBT开关电阻的具体控制过程为：开通过程中：第一阶段IGBT栅极由-15V充电达到0V未到达阈值电压，在此过程中IGBT是未动作的，因此通过程序控制MOS管开通选取较小的栅极驱动电阻使栅压快速达到0V；第二阶段当IGBT栅极电压由0V升到阈值电压的过程，通过程序控制选取安全快速的电阻达到栅极充电目的；第三阶段当栅压到达阈值电压但未达到米勒平台电压的过程中，选取电阻控制IGBT开通di/dt的速率；第四阶段当栅极电压稳定在密勒平台上，集射极电压下降显著，此时通过控制栅极电阻得以立控制开通期间dv/dt的速率；关断过程中：在IGBT栅极电压降至阈值电压，此时处于栅极电荷抽取过程，通过控制栅极驱动电阻，来控制这个过程中dv/dt速率，当IGBT电压达到额定电压后电流开始下降，此时控制选取较大的电阻来延缓di/dt速率，减小由于杂散电感以及di/dt产生的VCE过压；当电流减小到90％后选取小电阻来减小电流拖尾时间，减小IGBT关短损耗。进一步的，所述驱动器采用IGBT全时短路状况保护技术，在IGBT开通时由于功率发射极VE与辅助发射极Ve间杂散电感L&，在电流的上升期会产生ΔVon；在短路状况发生时ΔVsc值会大于ΔVon，因此通过全时检测VE-e电压实现无论在开通的任何阶段以及任何电压的应用条件下全程监控IGBT是否发生短路情况。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：本技术完成了包括欠压保护、干扰信号的屏蔽、IGBT栅极电压保护、VCE电压抑制、开关电阻分段控制、过流保护、全时短路工况的保护措施及工作原理，通过超高压隔离技术既实现了电气隔离，又实现了信号隔离，通过栅极过压保护技术为防止IGBT栅极过压提供了有效的保护，通过IGBT开关动作的全时控制技术在开通和关短期间分段调节栅极电阻，有效解决di/dt和dv/dt的速率问题，通过IGBT全时短路状况保护技术实现IGBT全时短路保护功能，通过VCE过压保护技术在软硬件方面实现对IGBT的过压保护，实现了对IGBT的多方面、多角度的完善保护。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例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技术为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，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为超高压隔离技术实现方案电路图；图2为栅极过压保护技术实现方案电路图；图3为IGBT开关动作的全时控制技术图4为退饱和检测技术方案电路图；图5为Vce电压检测短路保护技术方案电路图；图6为退饱和及电阻分压结合VE-e电压检测电路图；图7为VCE过压保护技术电路图；图8为本技术方案拓扑图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本技术作进一步说明，但所举实施例只作为对本技术的说明，不作为对本技术的限定。如图1所示的一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，采用以下技术方案：1、超高压隔离技术：由于轨道交通应用领域电压等级高的特征，本方案采用的DC-DC电磁隔离技术，并且根据轨道交通应用环境中提供的电源环境，电源方案设计输入电压为15V-24V宽范围设计，该方案具有输入欠压锁定、软起动、振荡器同步等功能，利用磁芯变压器技术实现了10KV超高压隔离。实现方案如图1所示。2、栅极过压保护技术：由于IGBT的栅极很容易被过压击穿，在高压开关过程中由于IGBT杂散电感以及自身的寄生电容很容易产生高于IGBT栅极耐压值(±20V)的过压。针对这种情况，本技术方案提出由在栅极与发射极两端并联静电释放电阻以及抑制过压的TVS二极管，在此基础上增加一个肖特基二极管到栅极电源，为栅极过压提供反馈到栅极电源的通道。以上措施为防止IGBT栅极过压提供了有效的保护。具体方案如图2所示。3、IGBT开关动作的全时控制技术：IGBT栅极驱动参数对IG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，其特征在于，采用DC-DC电磁隔离技术进行信号的隔离，电源输入电压为15V-24V；/n采用栅极过压保护技术，在IGBT的栅极与发射极两端并联静电释放电阻及用于抑制过压的TVS二极管，并在其基础上增设肖特基二极管到栅极电源，为栅极过压提供反馈到栅极电源的通道；/n采用分时段全时控制IGBT开关电阻，通过设置可编程逻辑单元在开通和关短期间分段调节栅极电阻，以控制di/dt和dv/dt的速率稳定；/n采用IGBT全时短路状况保护技术，在退饱和及电阻分压的基础上增加V

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，其特征在于，采用DC-DC电磁隔离技术进行信号的隔离，电源输入电压为15V-24V；
采用栅极过压保护技术，在IGBT的栅极与发射极两端并联静电释放电阻及用于抑制过压的TVS二极管，并在其基础上增设肖特基二极管到栅极电源，为栅极过压提供反馈到栅极电源的通道；
采用分时段全时控制IGBT开关电阻，通过设置可编程逻辑单元在开通和关短期间分段调节栅极电阻，以控制di/dt和dv/dt的速率稳定；
采用IGBT全时短路状况保护技术，在退饱和及电阻分压的基础上增加VE-e电压检测模块，实现IGBT全时短路保护；
采用VCE过压保护技术，软硬件集合实现对IGBT的过压保护，硬件方面采用TVS设定有源钳位保护点，技术采用负反馈环路；软件方面当IGBT电压达到额定电压后电流开始下降，此时控制选取较大的电阻来延缓di/dt速率，减小由于杂散电感以及di/dt产生的VCE过压。


2.根据权利要求1所述的一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，其特征在于，所述驱动器利用磁芯变压器技术实现10KV超高压隔离。


3.根据权利要求1所述的一种轨道交通IGBT全时保护驱动器，其特征在于，所述分时段全时控制IGBT开关电阻的具体控制过程为：
开通过程中：
第一阶段IGBT栅极由-15V充电达到0V未...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋芳，李君伟，尹亮，何金洋，王卫东，牛伟，田广宇，李银龙，卢永春，
申请(专利权)人：西安铁山轨道装备科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61