[实用新型]高压IGBT驱动及保护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及高压IGBT驱动及保护电路,属于电力电子技术领域。 

背景技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(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MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大，MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 

目前，大功率IGBT器件在现代电力机车传动系统中得到了广泛的使用。在高压大功率应用中，系统工作频率不高，IGBT一般工作在硬开关方式下，对器件驱动保护的要求较高。目前高压大电流IGBT的发展趋向于减小饱和电压VCE，关断损耗Eoff,提高短路耐受能力，使IGBT关断柔和及反并联二极管软恢复。IGBT门极电路作为连接控制端与主电路的桥梁，对控制IGBT的导通状态、优化开关性能和保护IGBT具有重要作用。 

随着电力电子技术的不断发展,电气传动控制起着极为重要的作用,为了满足高性能、节能和环保的要求,交流调速控制系统以其特有的优点正逐步取代传统的直流调速,在电气传动领域中扮演着重要的角色。电力机车的辅助电源主要为机车主电路提供冷却、为空气制动系统提供电能；辅助变流器的工作状况直接影响到主电路的工作状态,以及司乘人员的工作环境,是机车稳定、安全运行的关键。 

但是，传统的辅助变流器工作在高压大功率的条件下时不可避免地存在着电路的响应速度慢、抗干扰能力差、工作效率低等缺陷，从而大大地影响了系统的安全和可靠性。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的高压IGBT驱动及保护电路， 本实用新型包括：信号处理电路、隔离变压器传输电路、隔离电源电路、欠压保护电路、门极箝位电路、短路保护电路、IGBT动态故障检测电路、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、供电电源。 

所述信号处理电路，隔离变压器传输电路、门极箝位电路、IGBT动态故障检测电路、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）依次连接； 

所述供电电源、隔离电源电路、欠压保护电路、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、IGBT动态故障检测电路依次连接； 

所述隔离电源电路、短路保护电路、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、IGBT动态故障检测电路依次连接； 

所述信号处理电路分别与欠压保护电路和短路保护电路连接。 

所述信号处理电路主要包括逻辑判断芯片，所述信号处理电路用于检测由隔离变压器传输电路、短路保护电路和欠压保护电路所提供的信号并对由隔离变压器传输电路、短路保护电路和欠压保护电路所提供的信号进行逻辑判断处理，以保障门极驱动信号输出的安全与可靠。 

本实用新型对所述供电电源采用所述隔离变压器传输电路进行隔离，实现供电电源与控制信号的电气隔离，保证控制信号与供电电源之间的安全。 

为了增强隔离能力，所述隔离电源电路采用开环工作方式，电压稳定由后级的线性稳压器实现。 

所述欠压保护电路包括15V欠压保护电路和-15V欠压保护电路。一旦供电电源发生故障，出现欠压状况，则欠压保护电路输出故障信号，封锁门极脉冲。 

在短路时，所述短路保护电路输出故障信号，封锁门极脉冲。 

所述门极箝位电路连接IGBT用于保证IGBT的门射极电压的稳定，以达到门极过压箝位保护的目的。 

所述IGBT动态故障检测电路通过本实用新型的反馈信号，传输给中央控制单元（ACU）。 即ACU分别接收来自于本实用新型的欠压保护电路的欠压故障信号和来自于短路保护电路的短路故障信号，ACU通过检测判断本实用新型的工作状态和故障情况，动态显示本实用新型的工作状态，然后，ACU输出待处理信号到本实用新型，控制本实用新型的工作状态。 

本实用新型能够实现的功能如下： 

（1）具有足够的驱动功率，能提供合适的正向栅极电压，关断时可以提供足够的反向关断栅极电压，具有快速响应能力，具有低输入输出延迟时间。 

（2）具有足够的隔离电压等级，并具有较强抗干扰能力，输入1800V的母线电压，本实用新型驱动隔离能力在4000V以上。 

（3）能够准确检测IGBT短路故障，可以进行可靠和有效的关断。