一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，包括：电源供电及保护电路、隔离驱动电路、IGBT过压钳位电路以及干扰滤波电路；其中，电源供电及保护电路将输入的高频交流电转变为直流，并对电源进行实时监测，当检测到电源异常时，锁闭IGBT驱动信号；隔离驱动电路接收上位机发出的光驱动信号，转化为+IGBT栅极驱动信号，控制IGBT栅极电压变化曲线的斜率，在曲线末端通过减小上升或下将斜率，达到抑制栅极电压尖峰的目的；过压钳位电路实时监测比对驱动信号和IGBT两端电压；干扰滤波电路能够滤除高频电磁干扰，防止IGBT误开通。本发明专利技术通过模拟电路实现以上对IGBT的控制和保护功能，通过推挽电路控制输出波形，具有动作速度快，波形连续可调的特点。

IGBT gate driver of analog circuit with double slope peak suppression

【技术实现步骤摘要】
一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器
本专利技术属于电力电子和电力自动化设备的控制
，具体涉及一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器。
技术介绍
目前，国内外IGBT驱动器技术在中小功率领域的应用较为成熟，主要采用数字控制方式实现驱动，功能比较单一；IGBT集中了MOSFET和GTR的优点，具有输入阻抗高，开关速度快，热稳定性好，通态压降低，耐压高，承受电流大等特点，近年来，广泛应用于各个领域。采用一套性能良好的驱动电路可缩短开关时间，减少开关损耗，使IGBT工作在较理想的开关状态下，同时对产品的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。IGBT是电压控制型器件，在其栅极发射极之间施加十几伏的直流电压，只有微安级的电流流过。IGBT驱动器是IGBT和控制器DSP芯片之间的接口电路，其功能是将来自数字信号处理器的控制信号转换成具有足够功率的驱动信号，来实现IGBT安全的开通与关断，为处理器和IGBT之间提供电气隔离。为了在系统出现故障时IGBT得到正确和有效的保护，IGBT驱动器还需要提供相应的过压保护功能。在相关技术中，大多采用单斜率控制IGBT的开通和关断，这样的控制方式会在IGBT栅极产生尖峰电压，在强电磁干扰的环境下（如驱动3300V、1500A高压大功率IGBT），容易导致IGBT损坏，降低了系统的可靠性。此外，关于IGBT的故障保护多采用过流保护，这种保护方式误报率较高。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，以满足目前大功率逆变器小型化趋势的要求；本专利技术的驱动器采用双斜率尖峰抑制模拟电路控制IGBT栅极。在IGBT线性放大区，驱动器输出斜率较大的栅极驱动信号，以减小IGBT的发热量，在IGBT饱和导通区，驱动器输出低斜率驱动信号，以抑制栅极的电压尖峰。采用过压保护能够有效防止IGBT的击穿，进而避免逆变器损坏，并减少误报的可能性。本专利技术能够根据具体的IGBT型号灵活调整输出波形曲线，输出波形连续平滑，具有广泛的适用范围。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，包括：电源供电及保护电路、隔离驱动电路、IGBT过压钳位电路以及干扰滤波电路；其中，所述电源供电及保护电路包含：电源供电电路和电源保护电路，电源供电电路将输入的高频交流电转变为直流，输出DC+25V、DC+20V、DC+12.4V和DC-25V电源；电源保护电路对上述电源进行实时监测，当电源异常时，禁止IGBT开通驱动信号的输出,使IGBT始终保持关闭状态；隔离驱动电路接收上位机发出的光驱动信号，转化为+15V、-10VIGBT栅极驱动信号，通过双斜率的方式抑制IGBT栅极电压尖峰；IGBT过压钳位电路根据接收到的上位机驱动信号和IGBT两端的电压值，判断是否存在过压情况；若存在过压，将控制IGBT微开通，来降低IGBT两端的电压，防止IGBT击穿；干扰滤波电路滤除高频电磁干扰，防止IGBT误动作。优选地，所述电源供电电路包含：高频变压器TR1、二极管V1～V4、稳压器U1和U6，以及电阻R10、R11、R60和电容C1、C2、C10、C60、C61、C80；高频变压器TR1实现电源电路的电气隔离，磁场耦合来实现电能的传递，输入电压为AC24V，输出为AC25V；二极管组成V1～V4组成桥式整流电路连接高频变压器TR1的输出端，将上述高频变压器TR1输出的交流电转为直流电，输出DC+25V和DC-25V；电容C1、C2组成分压电路，为电源提供0V基准；稳压器U1及其外围元件R10、R11、C10、C80组成稳压电路，输出DC+12.4V；稳压器U6及其外围元件R60、C60、C61组成稳压电路，输出DC+20V。变压器TR1的1、3脚短接，2、4脚短接，8、9、11、14脚短接，10、12脚短接，7、13脚短接；二极管V11脚与二极管V32脚相连，二极管V21脚与二极管V42脚相连，V22脚与V12脚相连，V41脚与V31脚相连；TR112脚与V21脚相连，TR113脚与V11脚相连；电容C11脚和电容C22脚相连；TR114脚和C11脚相连，C12脚与V12脚相连，C21脚与V31脚相连；电容C12脚输出DC+25V网络，电容C21脚输出DC-25V网络，电容C11脚输出DC0V网络；电容C602脚接于DC+25V网络，1脚接于电阻R602脚，R601脚接于0V；稳压器U66脚与C601脚相连，U602、3、6、7脚短接；电容C611脚接U61脚，2脚与DC+25V网络相接。U61脚输出DC+20V；电容C102脚接于DC+25V网络，1脚接DC0V网络；稳压器U11脚接电容C102脚，U12、3、6、7脚短接，4脚与电阻R111脚连接；电阻R111脚与电阻R102脚连接，R101脚与DC0V网络连接；R112脚与U16脚连接；电容C802脚与U16脚连接，C801脚接于与DC0V网络连接；电容C112脚与U16脚连接，C111脚接于与DC0V网络连接，输出DC+12.4V。优选地，所述电源保护电路包含：比较器U3、稳压器U2，三极管V31、V33、V54、V56、V21、V22，二极管V30、V32，稳压管V20，电阻R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R54、R56、R57、R20、R21、R22、R23、R24、R25，电容C30、C31、C32、C56、C20；比较器U3A、二极管V30、二极管V32、三极管V31、三极管V33，以及外围电阻R30～R35和电容C30，组成DC+25V和DC-25V电源监测保护电路；比较器U3B、三极管V33、三极管V54，以及外围电阻R36～R38、R54和电容C31、C32，组成延时控制电路，用于IGBT锁闭时间的控制；三极管V56、电阻R56、电阻R57，组成DC+20V电源监测保护电路；稳压管V20、电阻R20、电阻R21，组成基准电压电路，为三极管V21提供基准参考电压；稳压器U2、三极管V21、三极管V22，以及电阻R21～R25，组成低压锁闭电路，在电压较低时，输出IGBT锁闭信号。电阻R301脚与电阻R312脚相接，电阻R302脚与DC+12.4V相接，电阻R311脚与DC-25V网络相接；二极管V303脚与R312脚相接，V301脚与DC0V相接；电阻R321脚与三极管V313脚相接，R322脚与DC+25V相接，V311脚与V303脚相接，V312脚与DC0V相接；电阻R331脚与DC0V相接，电阻R332脚与R321脚相接；比较器U3A3脚与DC12.4V相接，U3A2脚与R332脚相接，U3A4脚与DC0V相接，U3A8脚与DC+25V相接，U3A1脚与电阻R341脚相接；电容C302脚接U3A8脚,C301脚接D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，其特征在于，包括：电源供电及保护电路、隔离驱动电路、IGBT过压钳位电路以及干扰滤波电路；其中，/n电源供电及保护电路包含：电源供电电路和电源保护电路，电源供电电路将输入的高频交流电转变为直流，输出DC+25V、DC+20V、DC+12.4V和DC-25V电源；电源保护电路对上述电源进行实时监测，当电源异常时，禁止IGBT开通驱动信号的输出，使IGBT始终保持关闭状态；/n隔离驱动电路接收上位机发出的光驱动信号，转化为+15V、-10V IGBT栅极驱动信号，通过双斜率的方式抑制IGBT栅极电压尖峰；/nIGBT过压钳位电路根据接收到的上位机驱动信号和IGBT两端的电压值，判断是否存在过压情况；若存在过压，将控制IGBT微开通，来降低IGBT两端的电压，防止IGBT击穿；/n干扰滤波电路滤除高频电磁干扰，防止IGBT误动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，其特征在于，包括：电源供电及保护电路、隔离驱动电路、IGBT过压钳位电路以及干扰滤波电路；其中，
电源供电及保护电路包含：电源供电电路和电源保护电路，电源供电电路将输入的高频交流电转变为直流，输出DC+25V、DC+20V、DC+12.4V和DC-25V电源；电源保护电路对上述电源进行实时监测，当电源异常时，禁止IGBT开通驱动信号的输出，使IGBT始终保持关闭状态；
隔离驱动电路接收上位机发出的光驱动信号，转化为+15V、-10VIGBT栅极驱动信号，通过双斜率的方式抑制IGBT栅极电压尖峰；
IGBT过压钳位电路根据接收到的上位机驱动信号和IGBT两端的电压值，判断是否存在过压情况；若存在过压，将控制IGBT微开通，来降低IGBT两端的电压，防止IGBT击穿；
干扰滤波电路滤除高频电磁干扰，防止IGBT误动作。


2.根据权利要求1所述的双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，其特征在于，所述电源供电电路包含：高频变压器TR1、二极管V1～V4、稳压器U1和U6，以及电阻R10、R11、R60和电容C1、C2、C10、C60、C61、C80；高频变压器TR1实现电源电路的电气隔离，磁场耦合来实现电能的传递，输入电压为AC24V，输出为AC25V；二极管组成V1～V4组成桥式整流电路连接高频变压器TR1的输出端，将上述高频变压器TR1输出的交流电转为直流电，输出DC+25V和DC-25V；电容C1、C2组成分压电路，为电源提供0V基准；稳压器U1及其外围元件R10、R11、C10、C80组成稳压电路，输出DC+12.4V；稳压器U6及其外围元件R60、C60、C61组成稳压电路，输出DC+20V。


3.根据权利要求1所述的双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，其特征在于，所述电源保护电路包含：比较器U3、稳压器U2，三极管V31、V33、V54、V56、V21、V22，二极管V30、V32，稳压管V20，电阻R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R54、R56、R57、R20、R21、R22、R23、R24、R25，电容C30、C31、C32、C56、C20；
比较器U3A、二极管V30、二极管V32、三极管V31、三极管V33，以及外围电阻R30～R35和电容C30，组成DC+25V和DC-25V电源监测保护电路；比较器U3B、三极管V33、三极管V54，以及外围电阻R36～R38、R54和电容C31、C32，组成延时控制电路，用于IGBT锁闭时间的控制；三极管V56、电阻R56、电阻R57，组成DC+20V电源监测保护电路；
稳压管V20、电阻R20、电阻R21，组成基准电压电路，为三极管V21提供基准参考电压；稳压器U2、三极管V21、三极管V22，以及电阻R21～R25，组成低压锁闭电路，在电压较低时，输出IGBT锁闭信号。


4.根据权利要求1所述的双斜率尖峰抑制模拟电路的IGBT栅极驱动器，其特征在于，所述隔离驱动电路包含：光纤接收器U4、跳线连接器X4、异或门芯片U5，三极管V50、V51、V13、V120、V121、V124、V125、V126、V127，稳压管V10、V11、V12、V23、V93，二极管V92、V94、V122、V128、V135，以及电阻R31、R40、R41、R50、、R51、R52、R53、R95、R96、R97、R120、R121、R124、R125、R126、R127、R128、R135、R136、R139和电容C12、C61、C96；
光纤接收器U4将上位机发出的光驱动信号转化为内部控制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝军，马剑，陈鹏，花清源，田立岭，徐宏武，
申请(专利权)人：南京轨道交通系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32