專利名稱：大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力、電子領域，自動化控制行業(yè)大容量變頻器的絕緣柵雙極型晶體 管柵極驅動器，具體是指大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器。
背景技術：
目前，國內(nèi)大部分大容量變頻器的功率轉換單元采用進口品牌驅動器，此類進口 品牌驅動器由于交貨期長、價格高昂、接口電路穩(wěn)定性差、使用場合受限制等原因，已經(jīng)不 能滿足國內(nèi)大容量變頻器的應用要求。進口品牌驅動器主要參數(shù)如下 進口品牌驅動器輸出接口采用接觸式連接座，在震動較為強烈的場合，經(jīng)常出現(xiàn) 接觸不良的現(xiàn)象，我司大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器設計時選用螺絲壓接式連接 座，有效解決進口品牌驅動器在震動較為強烈的場合不能使用的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是—種大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，其主要由接口電路、信號隔離轉換 電路、DC/DC電源轉換電路、信號放大電路、保護檢測電路構成，其中接口電路連接驅動器的 輸入/輸出接口，并將單片機輸出的信號轉換為大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器接 收的電平等級；信號隔離轉換電路對經(jīng)過接口電路轉換的電平信號進行隔離傳輸，保證控 制電路與被控制的二次側高壓電路是隔離的、安全的。DC/DC電源轉換電路將控制電路的工作電源采用DC/DC變換的方式轉換到隔離的 二次側，為二次側控制電路提供電源；信號放大電路將經(jīng)過信號隔離轉換電路轉換的控制 信號進行放大，保證有足夠的輸出峰值電流、能提供大功率絕緣柵雙極型晶體管可靠工作 的電荷量；保護檢測電路通過檢測大功率絕緣柵雙極型晶體管的VCE電壓實現(xiàn)對其的短路 保護。輸入電源電壓為15V士5%，輸出峰值電流為20A，輸出電荷量為10 μ Q。隔離電壓為2500V、絕緣電壓為4000V/AC 60S。采用上述方案后，本發(fā)明大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器與進口品牌驅動 器主要參數(shù)對比如下， 由上表可得出本發(fā)明設計時將輸入電源電壓確定在15V士5%，比進口品牌驅動器 提高了 將輸出電流確定在20A，比進口品牌驅動器提高了 2. 5倍；將輸出電荷量確定在 IOuQ,比進口品牌驅動器提高了 2. 08倍；能可靠驅動2000安培絕緣柵雙極型晶體管，有效 提高了驅動器的應用場合。大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器設計時將隔離電壓確定在2500V、將絕緣 電壓確定在4000V/AC 60S，相比進口品牌驅動器提高了將近2倍，大大提高了驅動器的安 全隔離程度。下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明


圖1為本發(fā)明的結構方框圖；圖2為本發(fā)明的工作原理方框圖；圖3為驅動器在晶體管開通時的波形圖；圖4為驅動器在晶體管關斷時的波形圖；圖5為驅動器在晶體管開通時的波形圖；圖6為驅動器在晶體管關斷時的波形圖。
具體實施例方式一種大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，如圖1所示，其主要由接口電路1、 信號隔離轉換電路2、DC/DC電源轉換電路3、信號放大電路4、保護檢測電路5構成，其中接 口電路1的作用是連接驅動器的輸入/輸出接口，并將單片機輸出的信號轉換為大功率絕 緣柵雙極型晶體管柵極驅動器接收的電平等級；信號隔離轉換電路2的作用是對經(jīng)過接口 電路轉換的電平信號進行隔離傳輸，保證控制電路與被控制的二次側高壓電路是隔離的、 安全的；DC/DC電源轉換電路3的作用是將控制電路的工作電源采用DC/DC變換的方式轉 換到隔離的二次側，為二次側控制電路提供電源；信號放大電路4的作用是對經(jīng)過信號隔 離轉換電路轉換的控制信號進行放大，保證有足夠的輸出電流、能提供大功率絕緣柵雙極 型晶體管可靠工作的電荷量；保護檢測電路5的作用是通過檢測大功率絕緣柵雙極型晶體 管的VCE電壓實現(xiàn)對其的短路保護，當檢測的VCE電壓大于預定值后，封鎖信號隔離轉換電 路對控制信號的傳輸，同時輸出故障信號，故障信號經(jīng)過光電隔離藕合器隔離傳輸給單片 機，單片機給出故障報警。本發(fā)明的輸入電源電壓為15V士5%，輸出電流為20A，輸出電荷量為IOyQ ；隔離電壓為2500V、絕緣電壓為4000V/AC 60S。大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器工作原理，配合圖2所示單片機控制信 號一接口電路一信號隔離轉換電路一信號放大電路一大功率絕緣柵雙極型晶體管。 大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器保護原理檢測大功率絕緣柵雙極型晶體 管的VCE電壓一信號隔離轉換電路封鎖控制信號一光電隔離藕合器一單片機一故障報警。本發(fā)明大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器設計時將輸入電源電壓確定在 15V士5%，比進口品牌驅動器提高了 1%;將輸出電流確定在20A，比進口品牌驅動器提高了 2. 5倍；將輸出電荷量確定在10 μ Q，比進口品牌驅動器提高了 2. 08倍；能可靠驅動2000安 培絕緣柵雙極型晶體管，有效提高了驅動器的應用場合。其中本發(fā)明設計時將隔離電壓確定在2500V、將絕緣電壓確定在4000V/AC 60S， 相比進口品牌驅動器提高了將近2倍，大大提高了驅動器的安全隔離程度。本發(fā)明的具體應用，可如下所示應用實例1 在AC 60-T3-400G (額定參數(shù)400kW/380V)變頻器上的應用。AC 60-T3-400G大功率變頻器的逆變橋由半橋結構FF400R12KE4(額定參數(shù)400A/1200V)絕緣 柵雙極型晶體管構成，每相4只并聯(lián)，三相共計12只；驅動器每相一塊，共計3塊。驅動器 工作中的相關波形圖如圖3-4所示，該變頻器使用大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，測試性能良好，在實際工 作現(xiàn)場使用平穩(wěn)可靠。應用實例2 在AC 60-T3-500G (額定參數(shù)500kff/380V)變頻器上的應用。AC 60-T3-500G大功率變頻器的逆變橋由半橋結構FF450R12KE4(額定參數(shù)450A/1200V)絕 緣柵雙極型晶體管構成，每相4只并聯(lián)，三相共計12只；驅動器每相一塊，共計3塊。驅動 器工作中的相關波形圖如圖5-6所示，該變頻器使用大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動 器，測試性能良好，在實際工作現(xiàn)場使用平穩(wěn)可靠。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求限定。
權利要求
一種大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，其特征在于其主要由接口電路、信號隔離轉換電路、DC/DC電源轉換電路、信號放大電路、保護檢測電路構成，其中接口電路連接驅動器的輸入/輸出接口，并將單片機輸出的信號轉換為大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器接收的電平等級；信號隔離轉換電路對經(jīng)過接口電路轉換的電平信號進行隔離傳輸，保證控制電路與被控制的二次側高壓電路是隔離的、安全的。
2.如權利要求1所述的一種大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，其特征在于DC/ DC電源轉換電路將控制電路的工作電源采用DC/DC變換的方式轉換到隔離的二次側，為二 次側控制電路提供電源；信號放大電路經(jīng)過信號隔離轉換電路轉換的控制信號進行放大， 保證有足夠的輸出電流、能提供大功率絕緣柵雙極型晶體管可靠工作的電荷量；保護檢測 電路通過檢測大功率絕緣柵雙極型晶體管的VC E電壓實現(xiàn)對其的短路保護。
3.如權利要求1所述的一種大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，其特征在于輸 入電源電壓為15V+5%，輸出峰值電流為20A，輸出電荷量為lOiiQ。
4.如權利要求1所述的一種大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，其特征在于隔 離電壓為2500V、絕緣電壓為4000V/AC60S。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器，其主要由接口電路、信號隔離轉換電路、DC/DC電源轉換電路、信號放大電路、保護檢測電路構成，其中接口電路連接驅動器的輸入/輸出接口，并將單片機輸出的信號轉換為大功率絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動器接收的電平等級；信號隔離轉換電路對經(jīng)過接口電路轉換的電平信號進行隔離傳輸，保證控制電路與被控制的二次側高壓電路是隔離的、安全的。其中輸入電源電壓為15V±5％，輸出峰值電流為20A，輸出電荷量為10μQ；隔離電壓為2500V、絕緣電壓為4000V/AC 60S。本發(fā)明性能更高，成本低，使用可靠，能滿足廣大用戶需求。
文檔編號G09G3/20GK101859524SQ20091018891
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者田家明, 賈飛 申請人:深圳市偉創(chuàng)電氣有限公司