本发明专利技术公开了一种基于ＡＲＭ微处理器控制的ＩＧＢＴ串联电路。该串联电路包括ＡＲＭ微处理器Ｓ３Ｃ２４１０ＰＷＭ输出电路、多个ＩＧＢＴ驱动电路、与ＩＧＢＴ驱动电路相等个数的ＩＧＢＴ保护电路和与ＩＧＢＴ驱动电路相等个数的电压监控电路，并对十个ＩＧＢＴ串联电路进行了仿真；安装设计图为实际应用接线方式。Ｓ３Ｃ２４１０定时器发出ＰＷＭ信号为驱动器Ｍ５７９６２Ｌ的输入信号。驱动电路准确控制ＩＧＢＴ开断。保护电路由ＩＧＢＴ过压保护电路、栅极电阻、静态均压电阻组成，可保护ＩＧＢＴ的正常工作。电压监控电路监控Ｍ５７９６２Ｌ供电电源模块的电压，使电路正常工作。利用本发明专利技术能实现多个ＩＧＢＴ的串联，可用于高压设备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于ARM微处理器控制的IGBT串联电路。
技术介绍
绝缘栅极双晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor--IGBT)是20世纪80年代诞生的一种新型电力电子器件，是一种将功率MOSFET和GTR集成在一个芯片上的复合器件。其输入极为MOSFET，输出极为GTR。因此，IGBT兼有MOSFET的快速响应、易于驱动以及GTR的高阻断电压、强载流能力的优点。其工作频率在几十千赫兹以内，目前已广泛应用于各种功率变换器。IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态下都可以承受电流冲击，而由于本身的关断延迟时间很短，易于实现器件的串联。 尽管一些厂家研制了耐高压IGBT模块，如日本三菱公司研制的3.3Kv/1.2kA巨大容量IGBT模块。但由于其高昂的价格以及电压电流的系列化和标准化，限制了应用范围。实际中应用最多、技术最成熟的IGBT系列仍然是600V、1200V以及1700V三个电压等级的系列，但较低的耐压值限制了其在高压设备中的应用。利用IGBT串联来实现其在高压条件下的应用是一种不错的解决方法。但由于IGBT特殊的结构，其导通与关断均有一定的延迟时间，容易产生电压不均。这对驱动信号的同时性以及IGBT过压后的保护电路提出很高的要求。因此，尽管关于IGBT串联的理论有很多，但在IGBT串联的实际应用中，特别是多个(大于三个)IGBT的串联却很少。因此设计一种稳定的、可靠的IGBT串联电路显得尤为重要。 实现IGBT的串联，关键是要使所串联的IGBT能同时通断，这样才能实现动态均压。要使其能同时通断，就必须有准确无误的驱动电路以及可靠的IGBT保护电路。 理想的IGBT驱动电路应能实现控制电路及与IGBT栅极的电隔离，同时要求在驱动电路内部信号传输无延时或延时很短。M57962L是日本三菱公司开发的用以驱动N沟道IGBT的驱动器。内部有2500V高隔离电压的快速光耦，以及短路和过流保护电路。同时采用双电源供电结构，确保IGBT的可靠通断。其输入端为TTL电平输入接口，适于微机控制，驱动信号最大延迟为1.5μs。M57962L以其驱动可靠、价格低廉而广泛的应用于IGBT驱动领域。 脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM从处理器到被控系统是数字式的，让信号保持数字式可以将噪声影响降到最小。ARM微处理器S3C2410是韩国三星公司一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，面向高性价比、低功耗的应用，运行频率可达203Hz。S3C2410有5个16位定时器，其中定时器0、1、2、3具有PWM功能，可编程控制输出波形PWM。 IGBT属于电压控制型器件。在它的栅-射极间加阀值电压UTH以上的直流电压+Uge，IGBT即处于正向导通状态。当+Uge增大时，IGBT通态压降下降，但其承受短路电流的时间减小。当栅-射极电压为零时，IGBT即处于关断状态，为尽快抽取IGBT器件内部的存储电荷，必须为其提供一个负偏压-Uge。在实际应用中+Uge一般选择12-18V，-Uge一般选择-5--15V。 另一影响IGBT通断的重要因素是栅极串联电阻Rg。Rg可以控制栅极电压的前后沿陡度，进而控制IGBT器件的开关损耗。当Rg增大时，可抑制栅极脉冲前后沿陡度和防止振荡，同时能减小IGBT集电极尖峰电压；但当Rg增大时，IGBT开关时间延长，损耗加大。当Rg减小时，可减小IGBT开关时间，减小损耗；但当Rg太小时，可导致栅-射极之间振荡，IGBT集电极di/dt增加，引起IGBT集电极尖峰电压，使IGBT损坏。因此Rg值应根据IGBT电流容量和电压额定值以及开关频率选取。 IGBT的保护电路由IGBT过压保护电路、栅极电阻、静态均压电阻共同组成。IGBT的过压保护电路是防止IGBT在串联过程中，因电压分配不均，使部分IGBT出现过压而损坏。IGBT的过压保护电路，通常有三种RC缓冲电路、RCD缓冲电路、放电阻止型缓冲电路。对缓冲电路的要求是 (1)尽量减小主电路的分布电感； (2)吸收电容应采用低感吸收电容； (3)吸收二极管应选用快速开通和快软恢复二极管，以免产开通电压和反向恢复引起较大的振荡过电压。 当把单个IGBT的输入输出在一块电路板上实现，使其成为串联电路中的一个模块，将更容易实现多个IGBT的串联。因此，RCD缓冲电路相比于放电阻止型缓冲电路虽然功耗大，但是其电路结构更适合运用在多个IGBT的串联中，更容易实现IGBT串联电路的模块化设计。同时，RCD缓冲电路与RC缓冲电路相比，能够回避IGBT开通时的负担问题。因此综合考虑采用RCD缓冲电路作为IGBT的过压保护电路。 同时为了防止IGBT栅极击穿，在IGBT的栅-射极间并联了电阻；为了起到静态均压的作用，在IGBT的集-射极间并联了电阻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于ARM微处理器控制的IGBT串联电路。利用该电路能够实现多个IGBT的串联，使其能满足高压设备的应用要求。通过合理的设计IGBT的驱动电路及其保护电路，并将IGBT的驱动电路和输出电路模块化，利用这些模块来实现IGBT的串联，根据需要的电压要求来选择需要串联模块的数量。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是 本专利技术包括ARM微处理器S3C2410PWM输出电路、多个IGBT驱动电路、与IGBT驱动电路相等个数的IGBT保护电路和与IGBT驱动电路相等个数的电压监控电路；ARM微处理器S3C2410PWM输出电路分别与各自的IGBT驱动电路输入端相连；其中每个IGBT驱动电路的有四个输出端，第一个输出端与IGBT的集电极相连，第二个输出端与IGBT的栅极相连，第三个输出端与监控电路的一端相连，第四个输出端与IGBT的发射极和监控电路的另一端相连；第一个IGBT保护电路的一端与IGBT的集电极相连，并通过集电极与负载的一端相连，负载的另一端与高压电源的正端相连；第一个保护电路的另一端分别与第一个IGBT的栅极和发射极相连，并通过发射极与第二个IGBT的集电极相连；前一个IGBT的发射极分别与后一个IGBT的集电极相连，直到最后一个；最后一个IGBT保护电路的一端与最后一个IGBT的集电极相连，最后一个保护电路的另一端分别与最后一个IGBT的栅极和发射极相连，并通过的发射极接地，再接到高压电源负端。 所述的ARM微处理器S3C2410PWM输出电路由ARM微处理器S3C2410的内部PWM定时器组成，发生器发出的PWM控制信号输入到IGBT的驱动电路的输入端。 所述的IGBT驱动电路包括IGBT驱动器M57962L，DC/DC电源模块，与非门U1A、U1B，稳压二极管ZD1、ZD2、ZD3，隔离二极管VD1、VD2，电阻R1、R2、Rg；VD2的负极与IGBT的集电极相连，ZD2的阳极与IGBT的栅极相连，M57962L的14脚和U1B4011的一端分别与ARM微处理器S3C2410PWM输出电路相连，DC/DC电源模块的1脚接外部直流源的正端，DC/DC电源模块2脚与电压监控电路的一端相连，DC/DC电源模块的输出端4脚和5脚与电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ＡＲＭ微处理器控制的ＩＧＢＴ串联电路，其特征在于包括ＡＲＭ微处理器Ｓ３Ｃ２４１０ＰＷＭ输出电路、多个ＩＧＢＴ驱动电路、与ＩＧＢＴ驱动电路相等个数的ＩＧＢＴ保护电路和与ＩＧＢＴ驱动电路相等个数的电压监控电路；ＡＲＭ微处理器Ｓ３Ｃ２４１０ＰＷＭ输出电路分别与各自的ＩＧＢＴ驱动电路输入端相连；其中每个ＩＧＢＴ驱动电路的有四个输出端，第一个输出端与ＩＧＢＴ的集电极相连，第二个输出端与ＩＧＢＴ的栅极相连，第三个输出端与监控电路的一端相连，第四个输出端与ＩＧＢＴ的发射极和监控电路的另一端相连；第一个ＩＧＢＴ保护电路的一端与ＩＧＢＴ的集电极相连，并通过集电极与负载的一端相连，负载的另一端与高压电源的正端相连；第一个保护电路的另一端分别与第一个ＩＧＢＴ的栅极和发射极相连，并通过发射极与第二个ＩＧＢＴ的集电极相连；前一个ＩＧＢＴ的发射极分别与后一个ＩＧＢＴ的集电极相连，直到最后一个；最后一个ＩＧＢＴ保护电路的一端与最后一个ＩＧＢＴ的集电极相连，最后一个保护电路的另一端分别与最后一个ＩＧＢＴ的栅极和发射极相连，并通过的发射极接地，再接到高压电源负端。
【技术特征摘要】
1.一种基于ARM微处理器控制的IGBT串联电路，其特征在于包括ARM微处理器S3C2410PWM输出电路、多个IGBT驱动电路、与IGBT驱动电路相等个数的IGBT保护电路和与IGBT驱动电路相等个数的电压监控电路；ARM微处理器S3C2410PWM输出电路分别与各自的IGBT驱动电路输入端相连；其中每个IGBT驱动电路的有四个输出端，第一个输出端与IGBT的集电极相连，第二个输出端与IGBT的栅极相连，第三个输出端与监控电路的一端相连，第四个输出端与IGBT的发射极和监控电路的另一端相连；第一个IGBT保护电路的一端与IGBT的集电极相连，并通过集电极与负载的一端相连，负载的另一端与高压电源的正端相连；第一个保护电路的另一端分别与第一个IGBT的栅极和发射极相连，并通过发射极与第二个IGBT的集电极相连；前一个IGBT的发射极分别与后一个IGBT的集电极相连，直到最后一个；最后一个IGBT保护电路的一端与最后一个IGBT的集电极相连，最后一个保护电路的另一端分别与最后一个IGBT的栅极和发射极相连，并通过的发射极接地，再接到高压电源负端。2.根据权利要求1所述的一种基于ARM微处理器控制的IGBT串联电路，其特征在于所述的ARM微处理器S3C2410PWM输出电路由ARM微处理器S3C2410的内部PWM定时器组成，发生器发出的PWM控制信号输入到IGBT的驱动电路的输入端。3.根据权利要求1所述的一种基于ARM微处理器控制的IGBT串联...
【专利技术属性】
技术研发人员：王剑平，余琳，黄康，盖玲，刘孔绚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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