一種i型三電平驅(qū)動電路的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及三電平IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣概雙極型晶 體管)驅(qū)動電路，特別涉及一種I型三電平驅(qū)動電路。
【背景技術】
[0002] 隨著太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、UPS技術的不斷發(fā)展和市場的不斷擴大，對逆變器效 率的要求也越來越被制造商重視，因此三電平的拓撲結(jié)構便應運而生。
[0003] 三電平逆變器與兩電平逆變器相比具有以下優(yōu)點：1.使用同一電壓水平的IGBT 時，三電平逆變器可使輸出電壓及功率增大一倍;2.在無須高電壓的應用中，三電平逆變器 允許使用較低壓的IGBT模塊，能提高IGBT開關頻率;3.三電平逆變器的電源側(cè)電流比兩電 平中的電流更接近正弦，正弦性更好，功率因數(shù)更高;4.不要求集電極電壓達到靜態(tài)和動態(tài) 對稱，從而簡化IGBT驅(qū)動的設計，并避免使用外部緩沖電路;5.當使用相同的開關頻率時， 最終的輸出頻率可以提高一倍，顯然有助于減小無源元件的尺寸和降低開關損耗。
[0004] 另一方面，三電平逆變器的控制會帶來一些其他問題：1.關斷IGBT所產(chǎn)生的的電 壓尖峰通常高于兩電平逆變器，因此在抑制關斷過壓方面，需要進行更多的考慮;需要考慮 特定的換流時序。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于根據(jù)三電平逆變器控制所需要的特點有效抑制關斷過壓的三 電平門極驅(qū)動電路。
[0006] 本發(fā)明次一目的是提供一種能夠?qū)Q流時序進行檢測的三電平門極驅(qū)動電路。 [0007]為此，本發(fā)明提出的一種I型三電平驅(qū)動電路包括:信號調(diào)制電路，用于將信號檢 測電路輸入的信號調(diào)制為能通過隔離傳輸裝置的信號;DC/DC轉(zhuǎn)換電路，用于通過信號調(diào)制 電路，使該轉(zhuǎn)換電路輸出頻率可調(diào)；隔離傳輸電路，用于將調(diào)制好的信號通過隔離變換電 路，傳輸?shù)叫盘柦庹{(diào)電路和整流濾波電路;信號解調(diào)電路，用于將經(jīng)過隔離傳輸過來的信號 解調(diào)得到可以驅(qū)動IGBT模塊的信號；驅(qū)動電路，用于控制和保護IGBT門極；電源變換電路， 用于將整流濾波電路的輸出電源進行分配，分配成一個適合IGBT開通的正電壓和適合IGBT 關斷的負電壓，兩者正負電壓絕對值之和仍為整流濾波電路的輸出電源;過壓保護電路，用 于當IGBT過電壓時有效抑制IGBT過電壓，使IGBT工作在正常電壓范圍內(nèi)；所述過壓保護電 路中包含過壓檢測電路和至少一個瞬變電壓抑制二極管，分別與IGBT集電極相連，組成有 源鉗位電路;所述有源鉗位電路當有源鉗位對應的IGBT發(fā)生過壓時通過至少一個瞬變電壓 抑制二極管將過電壓鉗位在IGBT安全的工作電壓范圍內(nèi)。
[0008] 優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下改進特征：
[0009] 還包括信號檢測電路，用于檢測電路的輸入信號時序，防止異常的信號時序?qū)?IGBT造成的損壞;邏輯保護電路，用于實時監(jiān)測外部IGBT或者內(nèi)部故障，出現(xiàn)故障時迅速動 作保護IGBT。
[0010] 所述DC/DC轉(zhuǎn)換電路根據(jù)驅(qū)動IGBT功率要求可以外接MOSFET來增加輸出能力。
[0011] 還包括欠壓保護電路，用于實時監(jiān)測整個電路中模塊供電電壓，當電壓低于某一 值時，輸出故障信號，IGBT被保護。
[0012] 所述DC/DC轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)制電路、邏輯保護電路集成于一個芯片中；所述電源 變換電路、信號解調(diào)電路集成于另一個芯片中。
[0013] 所述信號檢測電路對三電平模塊中的各個IGBT所對應的四路PWM信號進行邏輯處 理，輸出端與故障輸出端連接在一起，當不能同時為高的兩路PWM信號同時為高時，輸出為 低，此時出現(xiàn)故障，所述信號檢測電路輸出故障信號到信號調(diào)制電路進而輸入到邏輯保護 電路，邏輯保護電路檢測到故障后會輸出關斷信號并經(jīng)過隔離傳輸電路的傳輸和次邊信號 解調(diào)電路的解調(diào)最終輸出負電壓使各個IGBT均被關斷。
[0014] 所述隔離傳輸電路是一種脈沖變壓器，該脈沖變壓器包括最少一組原邊線圈和最 少一組副邊線圈，將經(jīng)過原邊集成電路處理過形成的窄脈沖信號和直流變換信號通過該變 壓器傳輸?shù)酱芜叀?br>[0015] 還包括整流濾波電路，用于將隔離傳輸電路的輸出分兩路獨立整流濾波，并引出 公共端實現(xiàn)正負電源輸出，用于為所用正負電源供電。
[0016] 所述過壓檢測電路通過一系列電阻串聯(lián)將IGBT端高壓轉(zhuǎn)換為低壓，與預設的電壓 通過比較電路進行比較，檢測是否發(fā)生過壓。
[0017] 在門極與發(fā)射極之間也并聯(lián)了一個低壓TVS管，當門極電壓超過了 TVS管的耐壓值 時TVS管迅速導通，將門極電壓鉗位在設定的電壓范圍。
[0018] 電源變換電路用于將整流濾波電路的輸出電源進行分配，分配成一個適合IGBT開 通的正電壓和適合IGBT關斷的負電壓，兩者正負電壓絕對值之和仍為整流濾波電路的輸出 電源。
[0019 ]本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過采用具有快速響應速度的瞬變電壓抑制二極管(TVS)所 組成的有源鉗位電路，當電路集電極電壓過高時TVS管能夠迅速導通使電壓鉗在設定的安 全的電壓范圍內(nèi)故能夠抑制IGBT關斷過程中產(chǎn)生的集電極電壓尖峰。
[0020] 在優(yōu)選方案中，將門極電壓鉗位在設定的電壓范圍，因此能夠有效防止門極電壓 過尚。
[0021] 更優(yōu)選地，本發(fā)明還對輸入信號時序進行檢測處理，防止異常的換流時序，當出現(xiàn) 短路故障時無需考慮特定的關斷時序。
[0022]進一步優(yōu)選地，本發(fā)明還有如下優(yōu)點：采用單電源供電，即可滿足IGBT驅(qū)動正負電 源的需求;將PWM信號變換為控制開通與關斷的正負電平；當電源電壓出現(xiàn)欠壓時能夠迅速 關斷IGBT，以防止出現(xiàn)誤開通。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實施例電路原理方框圖。
[0024]圖2是本發(fā)明實施例電路原理圖。
[0025]圖3是本發(fā)明實施例信號檢測處理電路的一種實施方式原理圖。
[0026]圖4-1是本發(fā)明實施例中芯片QDlOll的應用框圖。
[0027]圖4-2是本發(fā)明實施例中芯片QDlOll的原理框圖。
[0028]圖4-3是本發(fā)明實施例中芯片QDlOll的輸入與輸出引腳邏輯關系圖。
[0029]圖4-4是本發(fā)明實施例中芯片QDlOll的模式選擇原理框圖。
[0030]圖4-5是本發(fā)明實施例中芯片QDlOll的半橋模式下輸入輸出關系圖。
[0031]圖4-6是本發(fā)明實施例中芯片QDlOll的故障鎖定示意圖。
[0032]圖4-7是本發(fā)明實施例中芯片QDlOll的D⑶C控制應用電路示例圖。
[0033]圖5-1是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的應用框圖。
[0034]圖5-2是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的原理框圖。
[0035]圖5-3是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的輸入與輸出引腳邏輯關系圖。
[0036]圖5-4是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的短路保護原理框圖。
[0037]圖5-5是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的IGBT發(fā)射級電壓的確定示意圖。
[0038]圖5-6是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的Faul t端口波形圖。
[0039]圖5-7是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的門極驅(qū)動原理框圖。
[0040]圖5-8是本發(fā)明實施例中芯片QD2011的有源箝位工作原理圖。
【具體實施方式】
[0041]如圖1所示，本實施例的I型三電平驅(qū)動電路依次包括：
[0042] 一信號檢測電路100,檢測電路的輸入信號時序，防止異常的信號時序?qū)GBT造成 的損壞；
[0043] 一信號調(diào)制電路（101的一部分），將信號檢測電路輸入的信號調(diào)制為能通過隔離 傳輸裝置的信號；
[0044] 一 DC/DC轉(zhuǎn)換電路（101的一部分），通過信號調(diào)制電路，使該轉(zhuǎn)換電路輸出頻率可 調(diào)，并且根據(jù)驅(qū)動IGBT功率要求可以外接MOSFET來增加輸出能力；
[0045] 一邏輯保護電路（101的一部分），實時監(jiān)測外部IGBT或者內(nèi)部故障，出現(xiàn)故障時迅 速動作保護IGBT;
[0046] -隔離傳輸電路102,將調(diào)制好的信號通過隔離變換電路，傳輸?shù)叫盘柦庹{(diào)電路和 整流濾波電路；
[0047] 一信號解調(diào)電路（104的一部分），將經(jīng)過隔離傳輸過來的信號解調(diào)得到可以驅(qū)動 IGBT模塊的信號；
[0048] -整流濾波電路103,將隔離傳輸電路的輸出分兩路獨立整流濾波，并引出公共端 實現(xiàn)正負電源輸出，用于為所用正負電源供電。
[0049] 一驅(qū)動電路（105的一部分），控制和保護IGBT門極；
[0050] -電源變換電路（104的一部分），將整流濾波電路的輸出電源進行分配，分配成一 個適合IGBT開通的正電壓和適合IGBT關斷的負電壓，兩者正負電壓絕對值之和仍為整流濾 波電路的輸出電源；
[0051] -欠壓保護電路（105的一部分），實時監(jiān)測整個電路中模塊供電電壓，當電壓低于 某一值時，輸出故障信號，IGBT被保護；
[0052] 一過壓保護電路（105的一部分），當IGBT過電壓時有效抑制IGBT過電壓，使IGBT工 作在正常電壓范圍內(nèi)。
[0053]本發(fā)明的一種I型三電平驅(qū)動技術，其技術優(yōu)點和效果在于：
[0054] (1)將原邊信號處理電路和次邊信號處理電路集成化，減小了設計時的難度和縮 短設計周期，節(jié)約物料成本，安裝方便。如圖2中的第10U104兩部分，其中原邊信號處理電 路包含模式選擇、信號處理、故障鎖定等其它