CN103199678A - 一种紧凑型igbt模块驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型IGBT模块驱动单元，包括电源板、驱动核心板和驱动适配板，所述的驱动核心板上设有控制保护电路，所述的驱动适配板上设有驱动电路，所述的电源板、驱动核心板和驱动适配板之间通过电缆或连接端子依次连接。本发明将电源模块单独设置，将IGBT模块的控制保护等核心电路放入驱动核心板，将驱动电路放入适配板，对应不同厂家、不同型号的IGBT模块，只用更换对应的模块适配板即可，而核心板可以连接各种型号的模块适配板，达到了通用的目的；将分散布置的温度测量回路、电流测量回路以及控制保护电路设计在同一驱动核心板内，实现了紧凑化；配置过热保护、短脉冲抑制、弱光保护等可选功能，实现了灵活的智能配置。

Description

一种紧凑型IGBT模块驱动单元
技术领域
本发明涉及一种紧凑型IGBT模块驱动单元，属于电力***电力电子技术领域。
背景技术
我国电力工业发展迅速，其需求将保持持续、快速的增长态势而且需求规模在增大，当前我国电力事业的特点为可靠性要求高、实用性强；经济效益突出；节能，环保、高效成为主要趋势。在这样的环境下，以IGBT作为开关器件的高压大功率电力电子产品就成了市场的宠儿。
当前，国外IGBT驱动和控制技术日趋成熟，但国内的应用大都直接采购国外大公司生产的IGBT驱动和控制装置，并且都是利用现成的驱动芯片来实现监视、控制和保护功能，逻辑相对简单，可靠性能低。已有驱动单元的各个保护控制功能配置不灵活，电路过于分散。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种紧凑型IGBT模块驱动单元，以实现IGBT驱动单元的紧凑化、通用化和智能化。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种紧凑型IGBT模块驱动单元，其特征在于：包括电源板、驱动核心板和驱动适配板，所述的驱动核心板上设有控制保护电路，所述的驱动适配板上设有驱动电路，所述的电源板、驱动核心板和驱动适配板之间通过电缆或连接端子依次连接。
进一步的技术方案为：
所述的驱动核心板上设有电气接口或光接口，所述的电气接口通过电缆或连接端子与所述的驱动适配板相连接，所述的光接口通过光缆或连接端子与所述的驱动适配板相连接。
所述的驱动核心板上还设有测量电路中电流的电流测量回路和测量电路中温度的温度测量回路，所述的电流测量回路和温度测量回路分别通过端子连接线缆将测量到的电流信息和温度信息上送至主控装置的逻辑控制电路。
所述的控制保护电路包括Vce监视模块及与Vce监视模块相连接的有源钳位电路、软关断回路，所述的有源钳位电路、软关断回路分别与逻辑控制电路相连接；所述的Vce监视模块还与电源状态反馈电路、Vce状态反馈电路相连接，所述的电源状态反馈电路和Vce状态反馈电路分别与电源故障短接CE端相连接。
所述的控制保护电路包括短脉冲抑制电路和弱光保护电路，所述的短脉冲抑制电路和弱光保护电路分别与脉冲变压器、逻辑控制电路相连接，所述的脉冲变压器与电源变压器相连接，所述的电源变压器通过滤波和保护电路与直流电源相连接。
所述的短脉冲抑制电路和弱光保护电路接收PWM光信号，所述的脉冲变压器接收PWM电信号。
   本发明的有益效果是：
1.将电源模块单独设置，将IGBT模块的控制保护等核心电路放入驱动核心板，将驱动电路放入适配板，对应不同厂家、不同型号的IGBT模块，只用更换对应的模块适配板即可，而核心板可以连接各种型号的模块适配板，达到了通用的目的，通过光接口和电气接口的通用设计，增强了其通用性；
2.将温度测量回路和电流测量回路都集成进驱动核心板中，简化了整个***，有利于过热保护和过流保护功能的实现，也减少了外部电磁场对这一部分测量电路的干扰，这样既有利于简化***，也可以增强电路的稳定性，同时还降低了***设计的工作量；
3.将分散布置的温度测量回路、电流测量回路以及控制保护电路设计在同一驱动核心板内，从而实现紧凑化；充分利用了IGBT变流器的内部空间，降低了整个IGBT变流器控制回路的复杂程度，便于设计人员进行***设计，同时也有利于驱动单元内部过流保护回路的设计；
4.配置过热保护、短脉冲抑制、弱光保护、电源监视等可选功能，以实现灵活的智能配置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2 是本发明的电路原理图。
具体实施方式
为进一步揭示本发明的技术方案，下面结合附图详细说明本发明的实施方式：如图1所示，一种紧凑型IGBT模块驱动单元，从结构设计上分为三个部分：电源板、驱动核心板和模块适配板。整个驱动单元的电源均取自于整个主回路的高压母线，然后转换成驱动核心板需要的电压，提供给驱动电路使用；将所有型号IGBT都需要的保护控制电路都设在驱动核心板；针对不同型号的模块对应设计出不同的模块适配板,驱动电路都设在适配板上，整个驱动单元采用“电源板+驱动核心板+模块适配板”的方式构成，中间采用电缆或者连接端子进行连接，从而实现了通用化的目标。
如图2所示，所述的驱动核心板上还设有测量电路中电流的电流测量回路和测量电路中温度的温度测量回路，所述的电流测量回路和温度测量回路分别通过端子连接线缆将测量到的电流信息和温度信息上送至主控装置的逻辑控制电路。简化了整个***，有利于过热保护和过流保护功能的实现，也减少了外部电磁场对这一部分测量电路的干扰，这样既有利于简化***，也可以增强电路的稳定性，同时还降低了***设计的工作量。
所述的驱动核心板上还设有光接口或电气接口，所述的电气接口通过电缆或连接端子与所述的驱动适配板相连接，所述的光接口通过光缆或连接端子与所述的驱动适配板相连接。根据使用环境的实际情况选用光接口或者电气接口，可以灵活的与各种形式的控制单元进行交互控制命令或者状态信息，以尽最大可能达到通用性的目的。
所述的控制保护电路具有电压保护、过电流保护、短路直通保护、过热保护、短脉冲抑制、弱光保护和电源监视的功能。
所述的控制保护电路包括Vce监视模块及与Vce监视模块相连接的有源钳位电路、软关断回路，所述的有源钳位电路、软关断回路分别与逻辑控制电路相连接；所述的Vce监视模块还与电源状态反馈电路、Vce状态反馈电路相连接，所述的电源状态反馈电路和Vce状态反馈电路分别与电源故障短接CE端相连接。当电路检测到电压过高时，就会通过有源钳位电路自动关断IGBT；另外，当IGBT导通期间，发生了直通短路现象，那么将发生电流饱和现象，IGBT的集电极和发射极两端的电压将急剧升高，这种情况下，电路就会通过软关断回路来关断IGBT。
所述的短脉冲抑制电路和弱光保护电路分别与脉冲变压器、逻辑控制电路相连接，所述的脉冲变压器与电源变压器相连接, 所述的电源变压器通过滤波和保护电路与直流电源相连接。所述的短脉冲抑制电路和弱光保护电路接收PWM光信号，所述的脉冲变压器接收PWM电信号。当采用光信号触发时，由于光纤或者光接口发生故障或者异常条件下，会有光强度不够或者异常宽度脉冲发生，本发明采用短脉冲抑制电路和弱光保护电路抑制了这两种异常现象的发生。
过电流保护的实现，由于流过的电流不如直通短路的电流大，在时间上，完全可以通过控制单元来发出关断命令来关断IGBT,所以IGBT的过电流保护实现方式为：驱动单元通过电流测量模块来测量电流的大小，并通过相应的端子连接线缆将测量到的电流信息上送至主控装置的逻辑控制电路，由主控装置逻辑控制电路发出关断命令，来关断IGBT模块。
过热保护的实现，主要由上级控制单元来控制。由于相对于短路直通对Vce的影响而言，过热造成的主回路损毁现象要迟缓很多，多是因为散热不均引起的，因此完全可以通过主控装置来发出关断命令来关断IGBT,所以IGBT的过热保护实现方式为：驱动单元通过温度测量模块来测量温度的高低，并通过相应的端子连接线缆将测量到的温度信息上送至主控装置的逻辑控制电路，由主控装置逻辑控制电路发出关断命令，来关断IGBT模块。
电源监视功能的实现主要是通过对三路输出电压的监视来实现的。当一路或者多路电源电压发生异常时，通过反馈回路，将异常信息上送至逻辑控制电路，通过逻辑控制电路发出相应的命令来处理异常状况，当电路在启动过程中，由于各个回路的电压有可能还没有建立，这时电路中的±15V和+5V信号均有可能处于异常工作状态，本专利在二次侧电源部分和控制逻辑之间，设置了电压异常闭锁电路，在电压还没有建立的条件下，禁止异常的信号和电压输出，保证了被控的IGBT模块不会在异常条件下被损坏；同样在***掉电过程中，也是通过二次侧电源部分中的电压异常闭锁电路，来闭锁异常的信号和电压输出；还有在正常运行中，如果电路出现电压异常，也是会闭锁相关的输出。总之，通过独特的电源监视功能来保证整体驱动单元无论在正常还是异常的工作条件下，均能够正常、稳定和可靠的工作。
以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本发明的基本构思和基本原理。但本发明绝不限于上述所列实施方式，凡是基于本发明的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种紧凑型IGBT模块驱动单元，其特征在于：包括电源板、驱动核心板和驱动适配板，所述的驱动核心板上设有控制保护电路，所述的驱动适配板上设有驱动电路，所述的电源板、驱动核心板和驱动适配板之间通过电缆或连接端子依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型IGBT模块驱动单元，其特征在于：所述的驱动核心板上设有电气接口或光接口，所述的电气接口通过电缆或连接端子与所述的驱动适配板相连接，所述的光接口通过光缆或连接端子与所述的驱动适配板相连接。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型IGBT模块驱动单元，其特征在于：所述的驱动核心板上还设有测量电路中电流的电流测量回路和测量电路中温度的温度测量回路，所述的电流测量回路和温度测量回路分别通过端子连接线缆将测量到的电流信息和温度信息上送至主控装置的逻辑控制电路。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型IGBT模块驱动单元，其特征在于：所述的控制保护电路包括Vce监视模块及与Vce监视模块相连接的有源钳位电路、软关断回路，所述的有源钳位电路、软关断回路分别与逻辑控制电路相连接；所述的Vce监视模块还与电源状态反馈电路、Vce状态反馈电路相连接，所述的电源状态反馈电路和Vce状态反馈电路分别与电源故障短接CE端相连接。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型IGBT模块驱动单元，其特征在于：所述的控制保护电路包括短脉冲抑制电路和弱光保护电路，所述的短脉冲抑制电路和弱光保护电路分别与脉冲变压器、逻辑控制电路相连接，所述的脉冲变压器与电源变压器相连接，所述的电源变压器通过滤波和保护电路与直流电源相连接。
6.根据权利要求5所述的一种紧凑型IGBT模块驱动单元，其特征在于：所述的短脉冲抑制电路和弱光保护电路接收PWM光信号，所述的脉冲变压器接收PWM电信号。
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