CN204046559U - 大功率igbt驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种大功率IGBT驱动器，其一根线缆穿过所有n个互感器的中心，作为所有n个互感器的初级绕组；每个互感器都有单独的次级绕组，所有次级绕组的绕线方向一致，匝数相同，并且所有n个互感器的次级绕组全部并联；互感器的次级绕组并联输出，能够提供较大瞬时输出电流，带负载能力强，并减小了分布参数，兼顾宽、窄脉冲，加快了IGBT的开通和关断速度，减少了IGBT的开通和关断损耗；通过互感器实现驱动电路与主电路的隔离，大大增强了驱动电路的可靠性，并有效防止了主电路出现故障时对驱动电路的损坏；次级绕组回路中均为无源器件，无须辅助电源，电路简单，减少了设备量，降低了电路复杂性，杜绝了寄生干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种驱动器，尤其涉及一种大功率IGBT驱动器。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)具有高耐压、大电流、高速和低饱和压降等良好特点，广泛应用于大功率设备，在现代电力电子技术中起核心作用。IGBT电压等级的高低，电流容量的大小，对驱动器的技术要求也存在差异。大功率IGBT一般用于高功率场合，运行环境较复杂，所以大功率IGBT对驱动电路要求较高。工程应用反馈的情况表明，大容量IGBT器件的故障损坏率比小电流的IGBT器件高得多。
通常情况下，大功率IGBT驱动器要在IGBT最初开通阶段，提供足够的栅极驱动电流来减少开通损耗和保证IGBT的开通速度，同时满足驱动功率，确保IGBT稳定地开通和关断；其次要求驱动电路内部信号传输无延时或者延时尽量小，并且当输出发生短路时，驱动电路能快速有效的关断IGBT；最后，IGBT驱动作为控制电路与功率电路之间的连接桥梁，必须具有良好的电气隔离功能，保证控制电路不受主电路的干扰和影响。满足上述功能的前提下，IGBT驱动还应考虑安装灵活性、简单实用以及低成本等。
目前大功率IGBT的驱动一般是采用专用芯片，加上扩展驱动级或分离元件来实现，目前也有了集成化专用驱动，内部集成有过流欠压保护和软关断功能，并且各类工作参数外部可调，但结构复杂，价格昂贵，成本较高，并且通用性不强。
自行设计的大功率IGBT驱动器一般采用光耦或光纤隔离以及变压器隔离方式。采用光耦或光纤隔离驱动方式，解决了电压隔离、抗电磁干扰问题。但光耦和光纤的工作原理决定了其属于有源隔离，隔离输出端必须存在隔离电源，通常还要加以放大等处理，传输有延迟，电路形式复杂。并且这些高电位端的控制和处理芯片为弱电器件，在IGBT短路或电流突变时容易受到干扰，降低了IGBT工作的可靠性。
采用变压器隔离方式包括无源方法，有源方法以及自给电源方法。无源方法是利用变压器次级的输出直接驱动IGBT，这种方法简单，不需要单独的驱动电源，但由于大功率IGBT需要的瞬时驱动电流大，驱动功率要高，要求变压器的初级输入信号采用一定功率的大信号，要求变压器的体积较大；有源方法中变压器仅提供隔离信号，在变压器次级另有整形放大电路，这种方法驱动波形较好，但需要另外提供隔离的辅助电源，可能会引进寄生的干扰；自给电源方法中，变压器即用于传递驱动能量，又用于高频调制解调技术传递逻辑信号。在隔离电压较高时，三种方法都给变压器制作工艺和结构上带来诸多困难。
实用新型内容
针对以上问题本实用新型提供了一种简单实用、体积小、安装灵活、可靠性高、方便调节、操作容易以及低成本的大功率IGBT驱动器。
为了解决以上问题本实用新型提供了一种大功率IGBT驱动器，其特征在于：包括一个脉冲功率电路，n个互感器T1至Tn，其中n≥2，以及箝位和限流电路；所述的箝位和限流电路包括稳压管V1和稳压管V2，以及电阻R1和电阻R2；
一根线缆穿过所有n个互感器的中心，作为所有n个互感器的初级绕组；
每个互感器都有单独的次级绕组，所有次级绕组的绕线方向一致，匝数相同，并且所有n个互感器的次级绕组全部并联；每个互感器次级绕组的1端与其他n-1个互感器次级绕组的1端连接在一起，每个互感器次级绕组的2端与其他n-1个互感器次级绕组的2端连接在一起；
稳压管V1的负端与次级绕组的1端相连，稳压管V2的负端与次级绕组的2端相连，同时稳压管V1的正端和稳压管V2的正端连接在一起；
电阻R1的一端连接在次级绕组的1端，另一端连接在次级绕组的2端；电阻R2的一端连接在次级绕组的1端，另一端和次级绕组的2端分别作为驱动器输出端；
所述脉冲功率电路，用于放大触发信号，产生脉冲功率信号，并送至互感器的初级绕组；
所述互感器，用于传输脉冲功率信号，并隔离电位；
所述箝位和限流电路，用于将驱动电压和驱动电流限制在安全范围。
脉冲功率电路输出的脉冲功率信号满足：脉冲功率信号的频率与触发信号的频率相同，脉冲功率信号的正端脉冲宽度与触发信号的脉冲宽度相同，脉冲功率信号正端脉冲的宽度和幅度的乘积与负端脉冲宽度和幅度的乘积相等。
脉冲功率电路输出的正负脉冲波形输入到初级绕组，经n个互感器耦合输出，在所有n个互感器的并联次级绕组上产生正负脉冲波形，经箝位和限流电路后，用于IGBT的驱动。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：(1)电路拓扑简单，元器件少，体积小，重量轻，适合多种领域使用；(2)脉冲功率电路输出的功率脉冲信号，驱动电流大，能够驱动大功率IGBT器件，并且采用功率信号传输，有效地抑制了干扰信号，提高了驱动电路的可靠性；(3)互感器的次级绕组并联输出，能够提供较大瞬时输出电流，带负载能力强，并减小了分布参数，兼顾宽、窄脉冲，加快了IGBT的开通和关断速度，减少了IGBT的开通和关断损耗；(4)通过互感器实现驱动电路与主电路的隔离，大大增强了驱动电路的可靠性，并有效防止了主电路出现故障时对驱动电路的损坏；(5)次级绕组回路中均为无源器件，无须辅助电源，电路简单，减少了设备量，降低了电路复杂性，杜绝了寄生干扰；(6)互感器形式可以非常简单的方法实现相对较高的隔离电压，扩大了驱动器的使用领域；(7)互感器的初级绕组输入为正负脉冲，有利于互感器的偏磁，可以增大驱动器输出的脉冲宽度，并且驱动器的反向脉冲有利于IGBT的快速关断，减小了IGBT的关断损耗，有利于IGBT的保护；(7)互感器可靠性高，传输延时小，能实现较高的开关频率，不存在老化问题；(8)设计制造容易，调试方便，成本很低。
附图说明
图1为本实用新型驱动器的电路图；
图2为本实用新型驱动器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。
如图1至2所示，本实用新型提供了一种大功率IGBT驱动器，包括一个脉冲功率电路，n个互感器T1至Tn，其中n≥2，以及箝位和限流电路；所述的箝位和限流电路包括稳压管V1和稳压管V2，以及电阻R1和电阻R2；
一根线缆穿过所有n个互感器的中心，作为所有n个互感器的初级绕组；
每个互感器都有单独的次级绕组，所有次级绕组的绕线方向一致，匝数相同，并且所有n个互感器的次级绕组全部并联；每个互感器次级绕组的1端与其他n-1个互感器次级绕组的1端连接在一起，每个互感器次级绕组的2端与其他n-1个互感器次级绕组的2端连接在一起；
稳压管V1的负端与次级绕组的1端相连，稳压管V2的负端与次级绕组的2端相连，同时稳压管V1的正端和稳压管V2的正端连接在一起；
电阻R1的一端连接在次级绕组的1端，另一端连接在次级绕组的2端；电阻R2的一端连接在次级绕组的1端，另一端和次级绕组的2端分别作为驱动器输出端。
所述脉冲功率电路，用于放大触发信号，产生脉冲功率信号，并送至互感器的初级绕组；
所述互感器，用于传输脉冲功率信号，并隔离电位；
所述箝位和限流电路，用于将驱动电压和驱动电流限制在安全范围。
脉冲功率电路输出的脉冲功率信号满足：脉冲功率信号的频率与触发信号的频率相同，脉冲功率信号的正端脉冲宽度与触发信号的脉冲宽度相同，脉冲功率信号正端脉冲的宽度和幅度的乘积与负端脉冲宽度和幅度的乘积相等。
稳压管V1和V2将驱动器的输出电压箝位在安全范围，R1为数千欧姆到数十千欧姆的电阻，R2为数欧姆到数十欧姆的电阻。
驱动器的工作原理：脉冲功率电路收到触发信号时，若使能为允许状态，则脉冲功率电路输出正负功率脉冲波形，脉冲波形的频率与触发信号的频率相同，脉冲正端宽度与触发信号宽度相同，负向脉冲的宽度和幅度的乘积基本等于正向脉冲的宽度和幅度的乘积。初级绕组收到脉冲功率电路输出的正负脉冲波形后，经互感器耦合，在所有n个互感器的次级绕组产生相同频率和脉冲宽度的正负脉冲波形，经过稳压管V1和V2，以及电阻R1和电阻R2组成的箝位和限流电路，为IGBT提供驱动波形。当IGBT发生短路时，通过关断脉冲功率电路的使能信号，即可快速关断驱动器的输出驱动。脉冲功率电路与IGBT主回路的隔离可以采用两种方式，一种方法是初级绕组采用耐高压绝缘线；或者采用耐高压绝缘材料作成空心护套，穿过互感器中心，初级绕组的线缆从空心护套中穿过。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限制于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (2)
1.一种大功率IGBT驱动器，其特征在于：包括一个脉冲功率电路，n个互感器T1至Tn，其中n≥2，以及箝位和限流电路；所述的箝位和限流电路包括稳压管V1和稳压管V2，以及电阻R1和电阻R2；
一根线缆穿过所有n个互感器的中心，作为所有n个互感器的初级绕组；
每个互感器都有单独的次级绕组，所有次级绕组的绕线方向一致，匝数相同，并且所有n个互感器的次级绕组全部并联；每个互感器次级绕组的1端与其他n-1个互感器次级绕组的1端连接在一起，每个互感器次级绕组的2端与其他n-1个互感器次级绕组的2端连接在一起；
稳压管V1的负端与次级绕组的1端相连，稳压管V2的负端与次级绕组的2端相连，同时稳压管V1的正端和稳压管V2的正端连接在一起；
电阻R1的一端连接在次级绕组的1端，另一端连接在次级绕组的2端；电阻R2的一端连接在次级绕组的1端，另一端和次级绕组的2端分别作为驱动器输出端；
所述脉冲功率电路，用于放大触发信号，产生脉冲功率信号，并送至互感器的初级绕组；
所述互感器，用于传输脉冲功率信号，并隔离电位；
所述箝位和限流电路，用于将驱动电压和驱动电流限制在安全范围。
2.根据权利要求1所述的大功率IGBT驱动器，其特征在于，脉冲功率电路输出的脉冲功率信号满足：脉冲功率信号的频率与触发信号的频率相同，脉冲功率信号的正端脉冲宽度与触发信号的脉冲宽度相同，脉冲功率信号正端脉冲的宽度和幅度的乘积与负端脉冲宽度和幅度的乘积相等。
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|---|---|---|---|---|
| CN104202027A (zh) * | 2014-09-23 | 2014-12-10 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 大功率igbt驱动器 |
| CN114337350A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 上海联影医疗科技股份有限公司 | 一种驱动装置和医疗设备 |
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