CN205657580U - 一种igbt驱动装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种IGBT驱动装置，应用于三电平逆变电路，通过三个驱动电路板分别驱动三相IGBT模块；每个驱动电路板包括电源单元及与IGBT模块中IGBT个数相同的多个驱动单元；每个驱动单元中通过信号处理模块接收控制***输出的电源信号与驱动信号，输出光隔离驱动信号至驱动模块；所述电源单元为每个驱动单元中的故障检测模块和驱动模块供电；驱动模块根据光隔离驱动信号和故障检测模块输出的检测信号控制相应的IGBT导通或关断。IGBT驱动装置采用分离元件构成各个驱动电路板，无需现有技术中的集成驱动芯片，节约了集成成本；同时由分离元件构成的各个驱动电路板在器件损坏时易维护，避免了现有技术中维护性差的问题。

Description

一种IGBT驱动装置

技术领域

本实用新型涉及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动技术领域，尤其涉及一种IGBT驱动装置。

背景技术

IGBT具有驱动功率小、开关速度高、饱和压降低及耐压高等一系列优点，成为电力电子装置的首选功率器件。而在具体的实际应用中，IGBT的驱动电路设计则将直接影响IGBT的运行性能。

现有技术中，对于高压大功率IGBT模块的驱动电路，通常是由驱动模块(如驱动光耦或concept驱动模块)与***电路构成，对于三电平逆变电路，则需要12个驱动模块。

而12个驱动模块集成成本较高，且由于驱动模块集成在封装内部，造成模块损坏时维护性差，因此合理设计三电平IGBT的驱动电路，对提高IGBT的可靠性非常重要。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种IGBT驱动装置，以解决现有技术中集成成本高且维护性差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：

一种IGBT驱动装置，应用于三电平逆变电路，包括：均与控制***相连、且分别驱动三相IGBT模块的三个驱动电路板；所述驱动电路板包括：电源单元及与所述IGBT模块中IGBT个数相同的多个驱动单元；所述驱动单元包括：信号处理模块、驱动模块及故障检测模块及；其中：

所述信号处理模块的第一输入端与所述控制***相连，接收第一电源信号与驱动信号；

所述信号处理模块的第一输出端与所述驱动模块的第一输入端相连，输出光隔离驱动信号；所述光隔离驱动信号为经过光隔离后的驱动信号；

所述故障检测模块的第一输入端与所述电源单元的第二输出端相连，接收电源欠压检测信号；

所述故障检测模块的第二输入端接收相应的IGBT短路检测信号；

所述故障检测模块的第一输出端与所述驱动模块的第二输入端相连，输出检测信号；所述检测信号包括所述相应的IGBT短路检测信号和所述电源欠压检测信号；

所述故障检测模块的第二输出端与所述信号处理模块的第二输入端相连，输出光隔离检测信号，所述光隔离检测信号为经过光隔离后的所述检测信号；

所述驱动模块的输出端与相应的IGBT的栅极相连；

所述驱动模块的电源端及所述故障检测模块的电源端均与所述电源单元中相应的第一输出端相连。

优选的，所述驱动单元的个数和所述IGBT模块中IGBT个数均为4。

优选的，所述IGBT模块中IGBT个数为4时，所述电源单元包括：两个半桥隔离电路、四个高频变压器及四个电平转换电路；其中：

第一半桥隔离电路的输入端和第二半桥隔离电路的输入端均接收第二电源信号；

所述第一半桥隔离电路的输出端分别与第一高频变压器的输入端和第二高频变压器的输入端相连；

所述第二半桥隔离电路的输出端分别与第三高频变压器的输入端和第四高频变压器的输入端相连；

所述第一高频变压器的输出端与第一电平转换电路的输入端相连；

所述第二高频变压器的输出端与第二电平转换电路的输入端相连；

所述第三高频变压器的输出端与第三电平转换电路的输入端相连；

所述第四高频变压器的输出端与第四电平转换电路的输入端相连；

所述第一电平转换电路的输出端、所述第二电平转换电路的输出端、所述第三电平转换电路的输出端及所述第四电平转换电路的输出端分别为所述电源单元的四个第一输出端。

优选的，所述第一半桥隔离电路的输入端和所述第二半桥隔离电路的输入端均与所述信号处理模块的电源端相连。

优选的，所述电源单元还包括：输入电源；所述输入电源的输出端分别与所述第一半桥隔离电路的输入端和所述第二半桥隔离电路的输入端相连，输出所述第二电源信号。

优选的，所述驱动模块包括：依次相连的图腾柱电路、互锁电路、光耦隔离电路及功率放大器；其中：

所述图腾柱电路的输入端为所述驱动模块的第一输入端；

所述功率放大器的输入端为所述驱动模块的第二输入端；所述功率放大器的输出端为所述驱动模块的输出端；

所述互锁电路还包括互锁信号输入端和互锁信号输出端。

优选的，所述故障检测模块包括：IGBT短路检测电路、电源欠压检测电路、光耦隔离电路及两个基准电压比较器；其中：

所述IGBT短路检测电路的输入端为所述故障检测模块的第二输入端；所述IGBT短路检测电路的输出端与一个所述基准电压比较器的输入端相连；

所述电源欠压检测电路的输入端为所述故障检测模块的第一输入端；所述电源欠压检测电路的输出端与另一个所述基准电压比较器的输入端相连；

两个所述基准电压比较器的输出端均与所述光耦隔离电路的输入端相连；

所述光耦隔离电路的输入端为所述故障检测模块的第一输出端；所述光耦隔离电路的输出端为所述故障检测模块的第二输出端。

本申请提供一种IGBT驱动装置，应用于三电平逆变电路，通过三个驱动电路板与控制***相连，并分别驱动三相IGBT模块；其中每个所述驱动电路板包括电源单元及与所述IGBT模块中IGBT个数相同的多个驱动单元；每个所述驱动单元中，通过信号处理模块接收所述控制***输出的第一电源信号与驱动信号，并对所述驱动信号进行处理后输出光隔离驱动信号至驱动模块；所述电源单元分别为所述驱动单元中的故障检测模块和所述驱动模块供电，同时输出电源欠压检测信号至所述故障检测模块；所述故障检测模块接收所述电源欠压检测信号和相应的IGBT短路检测信号，输出检测信号至所述驱动模块，所述驱动模块根据所述检测信号和所述光隔离驱动信号控制相应的IGBT导通或关断；所述故障检测模块输出的光隔离检测信号通过所述信号处理模块发送至所述控制***。所述IGBT驱动装置采用分离元件构成各个驱动电路板，无需现有技术中的集成驱动芯片，节约了集成成本；同时由分离元件构成的各个驱动电路板在器件损坏时易维护，避免了现有技术中维护性差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的IGBT驱动应用的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的驱动电路板的结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的电源单元的结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的驱动模块的结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的故障检测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种IGBT驱动装置，以解决现有技术中集成成本高且维护性差的问题。

具体的，所述IGBT驱动装置，应用于三电平逆变电路，如图1所示，控制***通过所述IGBT驱动装置驱动U、V、W三相IGBT模块，所述三相IGBT模块分别输出U、V、W三相电压，用于驱动电机M。所述IGBT驱动装置包括：均与所述控制***相连、且分别驱动所述三相IGBT模块的三个驱动电路板；所述驱动电路板包括：电源单元及与所述IGBT模块中IGBT个数相同的多个驱动单元，即IGBT模块中IGBT的个数为4时，每个驱动单元可驱动三电平逆变电路中一相的四个IGBT，所述驱动单元的个数为4；所述驱动单元如图2所示，包括：信号处理模块101、驱动模块102及故障检测模块103；其中：

信号处理模块101的第一输入端与所述控制***相连，接收第一电源信号与驱动信号；信号处理模块101的第一输出端与驱动模块102的第一输入端相连，输出光隔离驱动信号；所述光隔离驱动信号为经过光隔离后的驱动信号；

故障检测模块103的第一输入端与所述电源单元的第二输出端相连，接收电源欠压检测信号；

故障检测模块103的第二输入端接收相应的IGBT短路检测信号；

故障检测模块103的第一输出端与驱动模块102的第二输入端相连，输出检测信号；所述检测信号包括所述相应的IGBT短路检测信号和所述电源欠压检测信号；

故障检测模块103的第二输出端与信号处理模块101的第二输入端相连，输出光隔离检测信号，所述光隔离检测信号为经过光隔离后的所述检测信号；

驱动模块102的输出端与相应的IGBT的栅极相连；

驱动模块102的电源端及故障检测模块103的电源端均与所述电源单元中相应的第一输出端相连。

具体的工作原理为：

每个所述驱动单元中，通过信号处理模块101接收所述控制***输出的所述第一电源信号与所述驱动信号，并对所述驱动信号进行处理后输出光隔离驱动信号至驱动模块102；所述电源单元分别为故障检测模块103和驱动模块102供电，同时输出电源欠压检测信号至故障检测模块103；故障检测模块103检测相应的IGBT的集电极和发射极之间的压降，并进行IGBT短路判定，同时对所述电源单元进行欠压检测，判定所述电源单元是否正常，并将所述检测信号输出至驱动模块102，驱动模块102根据所述检测信号和所述光隔离驱动信号进行信号处理后通过线缆连接至相应的IGBT，控制相应的IGBT导通或关断；故障检测模块103输出的光隔离检测信号通过信号处理模块101发送至所述控制***。

本实施例提供的所述IGBT驱动装置，通过采用分离元件构成各个驱动电路板，无需现有技术中的集成驱动芯片，节约了集成成本；同时由分离元件构成的各个驱动电路板在器件损坏时易维护，避免了现有技术中维护性差的问题。

本实用新型另一实施例提供了另外一种IGBT驱动装置，如图1所示，包括：均与控制***相连、且分别驱动U、V、W三相IGBT模块的三个驱动电路板；所述驱动电路板包括：电源单元及与所述IGBT模块中IGBT个数相同的多个驱动单元，即IGBT模块中IGBT的个数为4时，每个驱动单元可驱动三电平逆变电路中一相的四个IGBT，所述驱动单元的个数为4；所述驱动单元如图2所示，包括：信号处理模块101、驱动模块102及故障检测模块103；其中：

信号处理模块101的第一输入端与所述控制***相连，接收第一电源信号与驱动信号；信号处理模块101的第一输出端与驱动模块102的第一输入端相连，输出光隔离驱动信号；所述光隔离驱动信号为经过光隔离后的驱动信号；

故障检测模块103的第一输入端与所述电源单元的第二输出端相连，接收电源欠压检测信号；

故障检测模块103的第二输入端接收相应的IGBT短路检测信号；

故障检测模块103的第一输出端与驱动模块102的第二输入端相连，输出检测信号；所述检测信号包括所述相应的IGBT短路检测信号和所述电源欠压检测信号；

故障检测模块103的第二输出端与信号处理模块101的第二输入端相连，输出光隔离检测信号，所述光隔离检测信号为经过光隔离后的所述检测信号；

驱动模块102的输出端与相应的IGBT的栅极相连；

驱动模块102的电源端及故障检测模块103的电源端均与所述电源单元中相应的第一输出端相连。

可选的，如图1所示，所述驱动单元的个数和所述IGBT模块中IGBT的个数均为4。

可选的，所述IGBT模块中IGBT的个数为4时，每个所述驱动电路板中的4个所述驱动单元共用一个电源单元，所述电源单元如图3所示，包括：两个半桥隔离电路、四个高频变压器及四个电平转换电路；其中：

第一半桥隔离电路312的输入端和第二半桥隔离电路322的输入端均接收第二电源信号；

第一半桥隔离电路312的输出端分别与第一高频变压器313的输入端和第二高频变压器323的输入端相连；

第二半桥隔离电路322的输出端分别与第三高频变压器333的输入端和第四高频变压器343的输入端相连；

第一高频变压器313的输出端与第一电平转换电路314的输入端相连；

第二高频变压器323的输出端与第二电平转换电路324的输入端相连；

第三高频变压器333的输出端与第三电平转换电路334的输入端相连；

第四高频变压器343的输出端与第四电平转换电路344的输入端相连；

第一电平转换电路314的输出端、第二电平转换电路324的输出端、第三电平转换电路334的输出端及第四电平转换电路344的输出端分别为所述电源单元的四个第一输出端。

本实施例所述的电源单元如图3所示，所述第二电源信号经MOS管组成的第一半桥隔离电路312和第二半桥隔离电路322后给四个高频变压器的原边供电，四个高频变压器的副边通过各自相连的电平转换电路进行电压转换后，为相应的驱动单元中的所述驱动模块和所述故障检测模块提供供电电源；两个半桥隔离电路能够实现弱电与强电的隔离，且每一路所述供电电源采用独立的高频变压器，避免所述供电电源之间的串扰。

优选的，第一半桥隔离电路312的输入端和第二半桥隔离电路322的输入端均与所述信号处理模块的电源端相连。

所述电源单元接收的所述第二电源信号可以来自所述信号处理模块，与所述信号处理模块共用供电的电源；此时，所述第二电源信号可以与所述第一电源信号相同，也可以不同，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

或者，如图3所示，所述电源单元还包括：输入电源301；输入电源301的输出端分别与第一半桥隔离电路312的输入端和第二半桥隔离电路313的输入端相连，输出所述第二电源信号。

在具体的应用中，所述电源单元接收的所述第二电源信号还可以来自单独的电源，比如输入电源301；当然，此时的所述第二电源信号可以与所述第一电源信号相同，也可以不同，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

本实用新型另一实施例提供了另外一种IGBT驱动装置，如图1所示，包括：均与控制***相连、且分别驱动U、V、W三相IGBT模块的三个驱动电路板；所述驱动电路板包括：电源单元及与所述IGBT模块中IGBT个数相同的多个驱动单元，即IGBT模块中IGBT的个数为4时，每个驱动单元可驱动三电平逆变电路中一相的四个IGBT，所述驱动单元的个数为4；所述驱动单元如图2所示，包括：信号处理模块101、驱动模块102及故障检测模块103；其中：

信号处理模块101的第一输入端与所述控制***相连，接收第一电源信号与驱动信号；信号处理模块101的第一输出端与驱动模块102的第一输入端相连，输出光隔离驱动信号；所述光隔离驱动信号为经过光隔离后的驱动信号；

故障检测模块103的第一输入端与所述电源单元的第二输出端相连，接收电源欠压检测信号；

故障检测模块103的第二输入端接收相应的IGBT短路检测信号；

故障检测模块103的第一输出端与驱动模块102的第二输入端相连，输出检测信号；所述检测信号包括所述相应的IGBT短路检测信号和所述电源欠压检测信号；

故障检测模块103的第二输出端与信号处理模块101的第二输入端相连，输出光隔离检测信号，所述光隔离检测信号为经过光隔离后的所述检测信号；

驱动模块102的输出端与相应的IGBT的栅极相连；

驱动模块102的电源端及故障检测模块103的电源端均与所述电源单元中相应的第一输出端相连。

可选的，如图1所示，以所述IGBT模块中包括4个IGBT为例进行说明，每个所述驱动电路板中包括4个所述驱动单元，每个所述驱动单元中包括一个所述驱动模块，所述驱动模块如图4所示，包括：依次相连的图腾柱电路401、互锁电路402、光耦隔离电路403及功率放大器404；其中：

图腾柱电路401的输入端为驱动模块102的第一输入端；

功率放大器404的输入端为驱动模块102的第二输入端；功率放大器404的输出端为驱动模块102的输出端；

互锁电路402还包括互锁信号输入端和互锁信号输出端。

本实施例提供的驱动模块102如图4所示，所述光隔离驱动信号经由三极管组成的图腾柱电路401，为光耦的驱动提高电路的负载能力。互锁电路402的互锁信号输入端用于接收另一路IGBT的驱动模块102的互锁信号，其互锁信号输出端用于输出本路IGBT的驱动模块102的互锁信号；在具体的应用中，可以通过互锁电路402将图1中所示的Q1与Q3的驱动信号互锁，将Q2与Q4的驱动信号进行互锁，避免4个IGBT直通短路。光耦隔离电路403采用光纤光耦进行驱动信号的隔离，其具备强高压隔离能力，绝缘耐压高达15kV，可实现电气强电与弱电的可靠隔离，隔离后驱动信号与所述检测信号进行互锁，避免故障情况下驱动了相应的IGBT，互锁后的信号经过功率放大器403，提高驱动IGBT的能力。

可选的，如图5所示，故障检测模块103包括：IGBT短路检测电路501、电源欠压检测电路502、光耦隔离电路503及两个基准电压比较器504；其中：

IGBT短路检测电路501的输入端为故障检测模块103的第二输入端；IGBT短路检测电路501的输出端与一个基准电压比较器504的输入端相连；

电源欠压检测电路502的输入端为故障检测模块103的第一输入端；电源欠压检测电路502的输出端与另一个基准电压比较器504的输入端相连；

两个基准电压比较器504的输出端均与光耦隔离电路503的输入端相连；

光耦隔离电路503的输入端为故障检测模块103的第一输出端；光耦隔离电路503的输出端为故障检测模块103的第二输出端。

本实施例所述的故障检测模块103如图5所示，其通过检测相应的IGBT的集电极与发射极之间的压降VCE，判断IGBT短路与否，若VCE高于电路中设计的基准电压，则会输出代表短路故障的检测信号；同时对所述电源单元进行欠压检测，若电源低于电路中设计的基准电压，将会输出代表电源欠压故障的检测信号；然后所述代表短路故障的检测信号和所述代表电源欠压故障的检测信号可以通过光耦隔离电路503进行隔离传输至所述控制***，以便及时的保护IGBT。

值得说明的是，现有技术中的驱动电路需要采用12路光纤进行驱动信号的传输。在三电平逆变电路应用场合下，驱动信号需要光纤隔离传输，12路光纤连接工艺比较复杂并且容易引入故障点。

而本实施例所述的IGBT驱动装置，采用光纤光耦取代光纤进行驱动信号的隔离传输，解决光纤连接工艺复杂的问题，并提高了***的可靠性。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种IGBT驱动装置，其特征在于，应用于三电平逆变电路，包括：均与控制***相连、且分别驱动三相IGBT模块的三个驱动电路板；所述驱动电路板包括：电源单元及与所述IGBT模块中IGBT个数相同的多个驱动单元；所述驱动单元包括：信号处理模块、驱动模块及故障检测模块及；其中：

所述信号处理模块的第一输入端与所述控制***相连，接收第一电源信号与驱动信号；

所述信号处理模块的第一输出端与所述驱动模块的第一输入端相连，输出光隔离驱动信号；所述光隔离驱动信号为经过光隔离后的驱动信号；

所述故障检测模块的第一输入端与所述电源单元的第二输出端相连，接收电源欠压检测信号；

所述故障检测模块的第二输入端接收相应的IGBT短路检测信号；

所述故障检测模块的第一输出端与所述驱动模块的第二输入端相连，输出检测信号；所述检测信号包括所述相应的IGBT短路检测信号和所述电源欠压检测信号；

所述故障检测模块的第二输出端与所述信号处理模块的第二输入端相连，输出光隔离检测信号，所述光隔离检测信号为经过光隔离后的所述检测信号；

所述驱动模块的输出端与相应的IGBT的栅极相连；

所述驱动模块的电源端及所述故障检测模块的电源端均与所述电源单元中相应的第一输出端相连。

2.根据权利要求1所述的IGBT驱动装置，其特征在于，所述驱动单元的个数和所述IGBT模块中IGBT个数均为4。

3.根据权利要求2所述的IGBT驱动装置，其特征在于，所述IGBT模块中IGBT个数为4时，所述电源单元包括：两个半桥隔离电路、四个高频变压器及四个电平转换电路；其中：

第一半桥隔离电路的输入端和第二半桥隔离电路的输入端均接收第二电源信号；

所述第一半桥隔离电路的输出端分别与第一高频变压器的输入端和第二高频变压器的输入端相连；

所述第二半桥隔离电路的输出端分别与第三高频变压器的输入端和第四高频变压器的输入端相连；

所述第一高频变压器的输出端与第一电平转换电路的输入端相连；

所述第二高频变压器的输出端与第二电平转换电路的输入端相连；

所述第三高频变压器的输出端与第三电平转换电路的输入端相连；

所述第四高频变压器的输出端与第四电平转换电路的输入端相连；

所述第一电平转换电路的输出端、所述第二电平转换电路的输出端、所述第三电平转换电路的输出端及所述第四电平转换电路的输出端分别为所述电源单元的四个第一输出端。

4.根据权利要求3所述的IGBT驱动装置，其特征在于，所述第一半桥隔离电路的输入端和所述第二半桥隔离电路的输入端均与所述信号处理模块的电源端相连。

5.根据权利要求3所述的IGBT驱动装置，其特征在于，所述电源单元还包括：输入电源；所述输入电源的输出端分别与所述第一半桥隔离电路的输入端和所述第二半桥隔离电路的输入端相连，输出所述第二电源信号。

6.根据权利要求1至5任一所述的IGBT驱动装置，其特征在于，所述驱动模块包括：依次相连的图腾柱电路、互锁电路、光耦隔离电路及功率放大器；其中：

所述图腾柱电路的输入端为所述驱动模块的第一输入端；

所述功率放大器的输入端为所述驱动模块的第二输入端；所述功率放大器的输出端为所述驱动模块的输出端；

所述互锁电路还包括互锁信号输入端和互锁信号输出端。

7.根据权利要求1至5任一所述的IGBT驱动装置，其特征在于，所述故障检测模块包括：IGBT短路检测电路、电源欠压检测电路、光耦隔离电路及两个基准电压比较器；其中：

所述IGBT短路检测电路的输入端为所述故障检测模块的第二输入端；所述IGBT短路检测电路的输出端与一个所述基准电压比较器的输入端相连；

所述电源欠压检测电路的输入端为所述故障检测模块的第一输入端；所述电源欠压检测电路的输出端与另一个所述基准电压比较器的输入端相连；

两个所述基准电压比较器的输出端均与所述光耦隔离电路的输入端相连；

所述光耦隔离电路的输入端为所述故障检测模块的第一输出端；所述光耦隔离电路的输出端为所述故障检测模块的第二输出端。

8.根据权利要求6所述的IGBT驱动装置，其特征在于，所述故障检测模块包括：IGBT短路检测电路、电源欠压检测电路、光耦隔离电路及两个基准电压比较器；其中：

所述IGBT短路检测电路的输入端为所述故障检测模块的第二输入端；所述IGBT短路检测电路的输出端与一个所述基准电压比较器的输入端相连；

所述电源欠压检测电路的输入端为所述故障检测模块的第一输入端；所述电源欠压检测电路的输出端与另一个所述基准电压比较器的输入端相连；

两个所述基准电压比较器的输出端均与所述光耦隔离电路的输入端相连；

所述光耦隔离电路的输入端为所述故障检测模块的第一输出端；所述光耦隔离电路的输出端为所述故障检测模块的第二输出端。