CN2735658Y - 功率开关器件光纤隔离驱动保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种应用在高电压场合，安全可靠、简单价廉的电力电子功率开关器件光纤隔离驱动保护电路，使用普通塑料光纤实现控制电路与功率主电路隔离，将光电转换、信号放大、驱动前置、驱动输出、过流检测和故障关断单元电路综合优化设计，光电转换电路及信号放大电路直接设计在驱动保护电路中，光纤直接***即可使驱动保护电路正常工作，之间无须经过专用芯片组成的光纤收发器对驱动信号先行处理。全部采用低成本的表面贴装分立器件，模块化封装。本新型信号放大级和前置级均串有晶体管恒流源电路，克服了信号放大器中复合管关断时间长的缺点。
Description
技术领域 本实用新型涉及一种电力电子功率开关器件的驱动保护电路，尤其是能适用于高电压功率主电路的功率开关器件光纤隔离驱动保护电路。
背景技术 在电力电子功率开关器件的驱动中，驱动信号的隔离非常重要，它不但是控制电路与大电流高电压的功率主电路在电气连接上隔离开以减少干扰、使控制稳定的一种措施，还是大功率桥式变换电路中的上下桥臂功率器件正常工作不可缺少的一项关键技术。目前常用的隔离方式有光电耦合器隔离、脉冲变压器隔离等。随着电力电子多电平逆变技术在高压直流输配电和超大功率变频调速方面的应用，功率主电路的工作电压越来越高，一般在6600V至10KV之间，此时再利用光电耦合器或变压器进行信号隔离已无法满足耐压要求。光纤的绝缘性能极好，用光纤进行驱动信号隔离可以长距离地设置光纤信号通路，因此能用于高电压工作环境下传递驱动信号。而且光纤具有许多优点：带宽大，重量轻，各路光纤之间无干扰，不受电磁感应的干扰，耐高温抗腐蚀等，近年逐在电力电子高压场合得到应用。但目前用于电力电子功率变换装置中的光纤隔离技术是从通讯领域的光纤通讯技术中借鉴引入的，大都采用光纤通讯专用芯片组成光纤收发器，如美国安捷伦公司的HFBR-1521和HFBR-2521，因其输入输出是通讯中常用的TTL或CMOS逻辑电平，所以必须与其它功率器件驱动专用芯片结合转换为功率器件的门极的驱动电平，才能组成光纤隔离驱动电路，这样使驱动电路复杂，成本增加。
发明内容 本新型的目的是提供一种应用在高电压场合，安全可靠、简单价廉的电力电子功率开关器件光纤隔离驱动保护电路。
本新型的技术解决方案是：将光电转换、信号放大、驱动前置、驱动输出、过流检测和故障关断单元电路综合优化设计，光电转换电路及信号放大电路直接设计在驱动保护电路中，光纤直接***即可使驱动保护电路正常工作，之间无须经过专用芯片组成的光纤接收器对驱动信号先行处理。全部采用低成本的表面贴装分立器件，模块化封装。
本新型的技术特征是：高增益的NPN-PNP复合管与晶体管恒流源组成的信号放大器对PIN光电二极管所接收的微弱信号进行放大；单管放大器与晶体管恒流源组成的驱动前置电路再次将驱动信号的幅值和功率放大，以控制驱动输出电路可靠稳定地输出驱动信号。
由于NPN-PNP复合管的增益非常高，所以本新型的输入灵敏度极高，使用普通高亮LED和一般塑料光纤即能可靠传送驱动信号。又因为在信号放大级和前置级均串有晶体管恒流源电路，所以本新型克服了晶体管复合管关断时间长的缺点并减少了前置级的关断时间，使驱动电路的动态响应可达60KHz，信号前后沿延迟＜2μS。
本实用新型的有益效果是：控制信号通过普通塑料光纤即可稳定可靠传送至功率开关器件，使控制电路与功率主电路的电气隔离能达到6600V至10KV，且结构简单，成本低廉。
附图说明 图1是电路原理图；
图2是输入输出波形图；
图3是过流保护动作波形图。
具体实施方式 本新型光纤隔离驱动保护电路包括D1、R1组成的光电转换电路，Q1、Q2、Q3、DW2、R2、R16和R17组成的信号放大电路，R3、R4、R5、DW1、Q4和Q5组成的驱动前置电路，R13、R14、Q8和Q9组成的驱动输出电路，R7、R8、R9、R11、DW3、CI和Q6组成的过流检测电路，R12、R10、D2、C2和Q7组成的故障慢关断电路，以及R15和D3组成的故障信号输出电路。
下面结合图1，详细描述本新型光纤隔离驱动保护电路的工作过程。
开通过程：当驱动光信号从光纤中传来时，光电二极管D1因为光电感应而反向导通，其反向电流经Q1与Q2组成的复合管放大后，由R3、R4转换成电压信号送Q5前置放大器进一步放大为一定幅值的电压信号，使Q9导通输出高电平驱动信号，其信号电压幅值达到驱动电路的电源电压，本新型为+15V，适合驱动IGBT、MOSFET等功率器件。
关断过程：光纤中无光信号即表示关断，光电二极管D1反向截止，由此Q1与Q2组成的复合管和Q5前置放大器均截止，过流检测电路中的Q6则导通，屏蔽掉过流检测功能及后面的故障慢关断电路，驱动输出电路的Q9截止而Q8导通，送出功率器件的反向关断电压。Q3、DW2和R16组成的恒流源电路限制了复合管Q2的饱和电流，大大减少了其关断延迟时间；Q4、DW1和R5组成的恒流源电路限制了前置放大电路Q5的饱和电流，加速其关断过程。
过流保护关断过程：功率器件正常导通时，过流检测电路中的Q6截止，启动过流检测功能及后面的故障慢关断电路。如从R11检测到的功率器件的饱和管压降在正常值内，DW3未被击穿反向截止，Q7截止，保护关断不动作。若功率器件导通时发生短路，功率器件将承受过电流而退出饱和，其管压降UCE骤然上升很多，由R11传入使DW3击穿，Q7导通，C2通过R12和Q7放电，D2负端电位逐步下降，驱动输出电路的Q9和Q8的基极电位也逐步下降，Q9因此截止而Q8导通，形成慢关断动作，以减少大电流下快速关断的不利影响，保证功率器件的安全。与此同时，D3通过R12、Q7正向导通而发光，对外输出故障信号。
Claims (3)
1、一种功率开关器件光纤隔离驱动保护电路，由光电转换、信号放大、驱动前置、驱动输出、过流检测和故障关断单元电路顺序连接组成，其特征是：光电转换电路及信号放大电路直接设计在驱动保护电路中，驱动信号通过光学纤维传送给驱动保护电路，驱动保护电路检测到的过流故障信号通过光纤对外发送。
2、根据权利要求1所述的功率开关器件光纤隔离驱动保护电路，其特征是：光电转换电路后面连接一个复合管组成的信号放大电路，信号放大电路后面连接驱动前置电路。
3、根据权利要求1所述的功率开关器件光纤隔离驱动保护电路，其特征是：复合管组成的信号放大电路中和后面的驱动前置电路中均串有晶体管恒流源电路。
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| CN 200420062534 CN2735658Y (zh) | 2004-07-08 | 2004-07-08 | 功率开关器件光纤隔离驱动保护电路 |
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| CN 200420062534 CN2735658Y (zh) | 2004-07-08 | 2004-07-08 | 功率开关器件光纤隔离驱动保护电路 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103701444A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-02 | 中国航空工业集团公司第六三一研究所 | 一种具有硬实时过流保护功能的功率驱动电路 |
| US9748831B2 (en) | 2014-06-25 | 2017-08-29 | Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. | Power conversion device and method for transmitting protection signal using the same |
| CN114280447A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-04-05 | 中车永济电机有限公司 | 用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置及测试方法 |
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2004
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