CN212258836U - 用于变频器igbt的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于变频器IGBT的驱动装置(100)。该驱动装置(100)包括驱动板(101)，其配置用于接收变频***输出的电信号，并将所述电光信号进行处理以便经过隔离和放大之后进行输出，其特征在于所述驱动装置(100)还包括适配板(102)，所述适配板(102)配置用于接收并处理经过所述驱动板(101)处理之后的电信号，以便驱动一个或多个所述IGBT的导通或者关断。本实用新型能够在不大幅度增加设备成本的基础上增加IGBT的导通电流，以便向更高功率的电动机进行供电，满足了电动机的使用需求。

Description

用于变频器IGBT的驱动装置

技术领域

本实用新型一般地涉及电动机应用领域。更具体地，本实用新型涉及一种用于变频器IGBT的驱动装置。

背景技术

目前，在不同的应用场景下要求电动机的转速具有可变性，因此电动机通常采用变频器对其进行供电，而变频器中的逆变桥部分多数采用由绝缘栅双极型晶体管(“Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT”)组成的电路。通常情况下，对于小功率的电动机，逆变桥的上桥或者下桥只需要一个驱动板对一个低压IGBT进行驱动，即可满足电动机对驱动电流的需求。但是随着在不同的应用场景下，需要更高功率的电动机，上述这种驱动模式逐渐不能满足高功率电动机的需求，因此需要增加IGBT的电流导通能力。

目前，有两种方法可以提高流经IGBT的电流强度。一方面，可以采用高压并且带负载能力强的IGBT，例如可以直接购买赛米控等厂商的成品IGBT模块。这样虽然可以提高产品的稳定性，但是通常电压升高一个等级IGBT的价格会成倍地增长，因此选用高压、带负载能力强的IGBT在成本上会增加很多。另外一方面，通过采用多个IGBT并联的方式可以增加并联之后的IGBT的电流通过强度，并且可以明显地降低成本。但是并联多个IGBT之后，又会出现诸如动、静态均流和辐射干扰等难题，这就要求所选IGBT模块性能稳定，驱动电路布局合理，以便使得分配给每个IGBT的电流强度达到均衡。同时要求并联的多个IGBT同时导通和关断，否则可能会烧毁IGBT，造成无法挽回的后果。

实用新型内容

为至少解决上述背景技术中的一个或多个问题，以便提供一种能满足高功率需求的电动机变频器的IGBT驱动电路。本实用新型提出的IGBT驱动装置，在现有的IGBT驱动板的基础上，增加了能同时驱动多个并联的IGBT的适配板。在该适配板的驱动下，使得电流均匀地流过每个IGBT，并且能控制所述多个并联的IGBT同时导通或者关断，从而实现了增加逆变桥输出的交流电的电流强度的目的，进而可以对更高功率的电动机进行供电。

具体地，本实用新型公开了一种用于变频器IGBT的驱动装置，该电路板包括驱动板，其配置用于接收变频***输出的电信号，并将所述电信号进行处理以便经过隔离和放大之后进行输出，其特征在于所述驱动装置还包括一个或多个适配板，所述适配板配置用于接收并处理经过所述驱动板处理之后的电信号，以便用于驱动所述IGBT的导通或者关断。

在一个实施例中，本实用新型的驱动装置的所述驱动板包括光电耦合器，其配置用于将所述变频***输出的电信号进行光电转换，以便对所述变频***和驱动装置进行电气隔离。

在另一个实施例中，本实用新型的驱动装置的所述驱动板还包括放大电路，其配置用于将所述光电耦合器输出的电信号进行放大，以便向所述适配板进行输出。

在又一个实施例中，本实用新型的驱动装置的所述适配板包括电阻、电容和二极管组成的电路，以便用于驱动一个或多个所述IGBT的导通或者关断。

在另一个实施例中，本实用新型的驱动装置的所述IGBT为多个并联，所述适配板控制所述多个IGBT同时导通或者关断。

在另一个实施例中，本实用新型的驱动装置的所述驱动板输出多路驱动信号分别加载于多个所述适配板，以便驱动多个并联的IGBT同时导通或者关断。

本实用新型的IGBT驱动装置通过驱动板和适配板来控制逆变桥的IGBT的导通和关断，进而将整流***输出的直流电转变为交流电以便对电动机进行供电。为了能向更高功率的电动机提供电源，本实用新型的驱动装置通过适配板将驱动板输出的驱动电信号进行分流，分别用于控制多个并联的IGBT的导通和关断，并采用RC延迟控制原理使得所述多个并联的IGBT同时进行导通和关断。本实用新型的驱动装置体积小，成本低，可以应用于各种功率的电动机。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，可以更好地理解本实用新型的上述特征，并且其众多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可根据这些附图获得其他的附图，其中:

图1是示出根据本实用新型实施例的IGBT驱动装置的原理框图；

图2是示出根据本实用新型实施例的对一个IGBT进行驱动的驱动装置的应用原理图；

图3是示出根据本实用新型实施例的对一个IGBT进行驱动的原理图；

图4是示出根据本实用新型实施例的对两个并联的IGBT进行驱动的驱动装置的应用原理图；以及

图5是示出根据本实用新型实施例的对两个并联的IGBT进行驱动的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图，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。

图1是示出根据本实用新型实施例的IGBT驱动装置100的原理框图。这里需要指出的是，为了说明本实用新型的驱动装置的应用场景，图1中还绘出了变频***和IGBT。所述变频***可以包括脉冲宽度调制(“PWM”)波发生器，例如可以是通过由DSP构成的PWM波发生器，其配置用于产生PWM波，以便控制IGBT的导通或者关断。具体地，通过采用高频脉宽调制，使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，而正弦波中央的电压宽度变宽，并且在半周期内让IGBT按一定频率始终朝一方向动作，从而形成一个脉冲波。然后将该脉冲波通过滤波器以便滤除噪声和干扰，进而形成正弦波的交流电，供给电动机使用。

如图1所示，本实用新型的用于变频器IGBT的驱动装置100，包括驱动板101和适配板102，其中所述驱动板配置用于接收变频***输出的PWM电信号，并将所述电信号经过光电耦合器进行处理，以便进行电气隔离。最终将处理之后的电信号经过放大电路的放大之后用于控制IGBT的导通或者关断。

在一个实施例中，所述光电耦合器可以由三部分组成：光的发射部分、光的接收部分以及信号放大部分。其中光的发射部分主要由发光器件构成。例如可以是发光二极管，其可以将接收到的变频***输出的PWM电信号转化成光能进而发光。光的接收部分可以由光敏器件构成，其可以将接收到的所述发光二极管发出的光信号转变成电信号。光的信号放大部分主要由电子电路等构成。

所述光电耦合器在工作时，将变频***输出的PWM电信号加载到输入端，使发光器件的芯体发光。而光敏器件受到光照后产生电流并经过电子电路放大后输出，其实现电→光→电的转换，从而实现了输入端和输出端电路的电气隔离。由于光电耦合器输入端与输出端的电路间相互隔离，而且电信号在传输时具有单向性等特点，因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。从而使得本实用新型的变频***在工作中可能产生的高频噪声不会干扰到IGBT。

在另一个实施例中，所述IGBT可以包括一个或者多个，当IGBT为多个时，所述多个IGBT采用并联的方式进行连接。所述适配板可以包括电阻、电容和二极管组成的电路，其配置用于控制所述多个IGBT同时导通或者关断。为了更好的理解所述多个IGBT的连接方式，下面对IGBT进行简要的描述。

IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有高输入阻抗和低导通压等优点。本实用新型的IGBT可以是IGBT模块，其可以是由IGBT与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，封装后的IGBT模块可以直接应用于变频器和UPS不间断电源等设备上。

进一步，IGBT包括C(集电极)、E(发射极)和G(栅极)三个电极。其开关作用是通过加载正向栅极电压以形成沟道，给晶体管提供基极电流，使IGBT导通；反之，加载反向栅极电压以消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。当多个IGBT并联时，将所述多个IGBT的C、E和G三个电极分别连接到一起，并且辅助连接相应的电阻元件。另外，IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，由于只需控制输入极N-沟道MOSFET，所以其具有高输入阻抗的特性。

为了便于本领域技术人员能够更好的理解本实用新型的功能和结构，下面将结合附图2～5分别对所述IGBT包括一个或者多个的情况进行示例性说明。

图2是示出根据本实用新型实施例的对一个IGBT进行驱动的驱动板的应用原理图。为了说明驱动板的应用场景，图2中还绘出了变频***、整流***和电动机。所述变频***的功能和原理参见前述图1中所述的变频***，此处不再赘述。所述整流***配置用于将外部输入的交流电转变为直流电，例如可以将380V交流电转变为540V直流电，以便向逆变桥进行输出。

如图2所示，逆变***包括三个逆变桥，每个逆变桥包括上桥和下桥，所述上桥和下桥分别包括一个IGBT。其中上桥IGBT的E极与下桥IGBT的C极相连接，整流***输出的直流电分别加压于上桥IGBT的C极与下桥IGBT的E极。所述逆变桥配置用于将所述整流***输入的直流电转变为交流电。具体地，在半周期内让IGBT按一定频率始终朝一个方向动作，从而形成一个脉冲波。然后将该脉冲波通过滤波器以便滤除噪声和干扰，进而形成正弦波的交流电，以便向电动机提供电源。其中所述电动机的三相交流电，如图2中的-U、-V和-W分别取自三个逆变桥的上桥和下桥之间。

当只对一个IGBT进行驱动时，所述驱动装置包括驱动板。所述驱动板配置用于接收变频***输出的PWM电信号，并将所述电信号经过处理之后向所述适配板进行输出。在一个实施例中，所述驱动板包括光电耦合器和放大电路。其中所述光电耦合器配置用于将所述变频***输出的电信号进行光电转换，以便对所述变频***和驱动装置进行电气隔离。所述放大电路配置用于将所述光电耦合器输出的电信号进行放大，以便向所述适配板进行输出。

图3是示出根据本实用新型实施例的对一个IGBT进行驱动的原理图。如图3所示，一个驱动板直接对一个IGBT进行驱动，其中变频***可以包括PWM波产生器，例如可以通过DSP来实现。从变频***UT1端口输出的PWM电信号，经过驱动板将PWM电信号转变为光信号，然后再将光信号转变为电信号，经过放大后输出给IGBT的UR1端口，进而控制IGBT的导通或者关断。当IGBT导通或者关断后，首先其状态信息通过IGBT模块的UT1端口向驱动板发送，接着驱动板将此信息转发给变频***的UR1端口，进而发送给上位机进行相关的判断和处理，然后上位机根据其处理结果进一步控制变频***的相关动作，以此形成闭环的工作状态。

图4是示出根据本实用新型实施例的对两个并联的IGBT进行驱动的驱动装置400的应用原理图。与图2相比较而言，图4中逆变桥的上、下桥可以分别由两个并联的IGBT组成，并且所述两个并联的IGBT的导通和关断可以由适配板402进行驱动。

如图4所示，本实用新型的驱动装置400包括驱动板401和适配板402，与所述驱动装置400相连接的部分可以包括整流***、变频***和电动机等，其中所述变频***的功能和原理参见前述图1中所述的变频***，所述驱动板的功能和原理参见前述图2中所述的驱动板，此处不再赘述。所述适配板可以包括电阻、电容和二极管等组成的电路，其配置用于接收并处理经过所述驱动板处理之后的电信号，以便驱动一个或多个所述IGBT的导通或者关断。进一步地，当所述IGBT为多个时，其采用并联的方式进行连接，所述适配板402配置用于控制多个IGBT同时导通或者关断。

进一步地，所述IGBT为一个或多个的选择主要由以下原因进行决定。其中当电动机的功率比较小时，要求通过IGBT的电流强度也比较小，因此可以采用图2所示的技术方案通过驱动板对一个IGBT进行驱动。而随着电动机应用场景的改变，需要电动机运行的功率越来越大，采用一个IGBT所通过的电流强度不能满足高功率电动机的需求。因此可以采用多个IGBT并联的方式以增加并联之后的IGBT的电流通过强度。在设计IGBT并联***时，首先要确定合适的并联的IGBT模块数目以获得足够的额定电流，同时要保证每个IGBT模块工作时不超出安全工作区。

并联使用IGBT从而组成开关器件可以使整个逆变***得到更高的额定电流，但是设计并联***时必须考虑一些重要问题，如模块特性、驱动电路以及电路的布局，这些因素影响并联支路的电流分配，可能导致并联的每个IGBT电流分配不均衡。由于电流分配的不均衡，使两个IGBT并联的额定电流并不等于两倍的单个模块的额定电流，所以必须对并联IGBT模块进行降额使用。其中，模块特性中的伏安特性主要影响静态运行时的电流分配，转移特性和驱动电路以及布局主要影响动态运行时的电流分配。

如图4所示，当两个IGBT并联时，其G、C和E极分别连接在一起。IGBT可以安放于适配板上，以使得IGBT与适配板之间的间距尽量小。驱动装置在工作时，由驱动板接收变频***输出的PWM电信号(如图中的UT1、VT1和WT1)，然后经过光电耦合器进行电→光→电转换并且进行信号放大后输出给适配板，再由适配板将经过处理之后的电信号加载到两个IGBT上，使得两个并联的IGBT同时导通或者关断。最后，经过并联之后的IGBT的总输出电流强度变大，进而可以对更高功率的电动机进行供电，其中所述电动机的三相电-U、-V和-W分别取自三个逆变桥的上、下桥之间。

图5是示出根据本实用新型实施例的对两个并联的IGBT进行驱动的原理图。此时，如果还采用如图3中的方案用一个驱动板同时驱动两个IGBT，则驱动板输出口UT1输出的电信号必须一分为二，同时这两个IGBT不能实现并联。因此，为了实现两个IGBT并联连接，并且控制两个IGBT同时进行导通和关断，可以采用图5所示的利用适配板的技术方案。

在一个实施例中，本实用新型的驱动装置的所述驱动板输出多路驱动信号分别加载于所述多个适配板，以便驱动多个并联的IGBT同时导通或者关断。具体地，为了保证并联的每个IGBT同一时刻获得+15V的导通电压，在每两个并联的IGBT上加装适配板，用来保证IGBT同时导通与关断。在一个实施例中，通过IGBT的导通与关断产生频率为50HZ的交流电，其中0.02秒就要完成一个正弦波周期，所以并联的两个IGBT先后动作的时间必须控制在几纳秒内，否则可能会损坏IGBT，甚至可能会发生IGBT***的情况。

应当理解，本实用新型的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本公开的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本实用新型。如在本实用新型说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本实用新型说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

虽然本实用新型所实施的方式如上，但所述内容只是为便于理解本实用新型而采用的实施例，并非用以限定本实用新型的范围和应用场景。任何本实用新型所述技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种用于变频器IGBT的驱动装置(100)，包括驱动板(101)，其配置用于接收变频***输出的电信号，并将所述电信号进行处理以便经过隔离和放大之后进行输出，其特征在于，

所述驱动装置(100)还包括一个或多个适配板(102)，所述适配板(102)配置用于接收并处理经过所述驱动板(101)处理之后的电信号，以便用于驱动所述IGBT的导通或者关断。

2.根据权利要求1所述的驱动装置(100)，其特征在于，所述驱动板(101)包括光电耦合器，其配置用于将所述变频***输出的电信号进行光电转换，以便对所述变频***和驱动装置(100)进行电气隔离。

3.根据权利要求2所述的驱动装置(100)，其特征在于，所述驱动板(101)还包括放大电路，其配置用于将所述光电耦合器输出的电信号进行放大，以便向所述适配板(102)进行输出。

4.根据权利要求1所述的驱动装置(100)，其特征在于，所述适配板(102)包括电阻、电容和二极管组成的电路，以便用于驱动所述IGBT的导通或者关断。

5.根据权利要求4所述的驱动装置(100)，其特征在于，所述IGBT为多个并联，所述适配板(102)配置用于驱动所述多个IGBT同时导通或者关断。

6.根据权利要求5所述的驱动装置(100)，其特征在于，所述驱动板(101)输出多路驱动信号分别加载于多个所述适配板(102)，以便驱动多个并联的IGBT同时导通或者关断。

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