[发明专利]基于单根光纤供电与脉冲信号传输的光驱动IGBT装置

说明书

技术领域

本发明属于电子功率器件控制领域，涉及一种光驱动的IGBT装置，具体地说是一种基于单根光纤供电与脉冲信号传输的光驱动IGBT装置。

背景技术

新型功率开关器件IGBT是由双极性三极管和绝缘栅场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，由于其综合了MOSFET和GTR两种器件的性能，因此，现有的功率开关器件IGBT具有输入阻抗高、开关速度快、导通损耗低且耐高压、能承受大电流等特点，而被广泛应用于600V直流电压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。

由于IGBT具有上述的特性，因此在应用时IGBT的驱动电路需要满足以下几种要求：(1)在栅极和发射极之间提供适当的正反向电压，使 IGBT 能可靠地开通和关断；(2)要综合考虑IGBT 的开关时间，避免高速开启和关断产生很高的尖峰电压有可能造成的IGBT 自身或其他元件击穿；(3)IGBT 开通后，驱动电路要提供足够的电压、电流幅值，使 IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和而损坏；(4)要在驱动电路与IGBT功率电路之间提供有效的电器隔离；(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对 IGBT 的保护功能。

而目前对栅极电压控制的功率器件IGBT常用的驱动方法有直接驱动法、隔离驱动法和采用集成模块驱动的电路。而上述几种驱动方法分别具有以下的缺点：

（1）直接驱动法难以驱动大功率IGBT；

（2）隔离驱动法抗干扰能力差、难以远距离控制;

（3）集成模块驱动法电路复杂、成本高。

因此，需要寻求新的方法和技术手段来驱动IGBT使其在大功率、高电压下可靠工作。

发明内容

本发明的目的，是提供一种基于单根光纤供电与脉冲信号传输的光驱动IGBT装置，所述的驱动装置电路简单、成本低、抗干扰能力强，且易于驱动大功率的IGBT开关器件。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于单根光纤供电与脉冲信号传输的光驱动IGBT装置，它包括：

用于产生光信号的光信号发生器、对光信号进行转换和控制的光控制器、对光信号进行传输的光纤介质，所述光信号发生器的光出射端通过光纤介质连接光控制器的光接收端，光控制器的信号输出端作为驱动输出端驱动外部变流系统。

作为对本发明中光信号发生器的限定：所述光信号发生器包括作为控制中心的PC控制模块、信号调制模块，以及发光的LED灯组，所述PC控制模块的脉冲信号输出端连接信号调制模块的信号输入端，信号调制模块的信号输出端连接LED灯组。

作为对本发明中光发生器的进一步限定：所述LED灯组包括至少一个LED灯；LED等为至少两个时，LED灯之间通过串联，或者并联，或者串联、并联混联的方式构成LED灯组。

作为本发明中光控制器的限定：所述光控制器包括用于接收光信号发生器发出光的光电池电源模块，与用于对光信号进行解调并转换为电信号的信号解调模块，所述信号解调模块的信号输出端通过电压放大模块连接电流放大模块的信号输入端；所述光电池电源模块的电压输出端分别连接信号解调模块、电压放大模块、电流放大模块的电源输入端，光电池电源模块的输出电压经降压稳压后的电压输出端还与电流放大模块的信号输出端构成脉冲变换模块，脉冲变换模块的信号输出端分别连接IGBT开关器件的栅极和发射极。

作为对本发明光控制器中光电池电源模块的进一步的限定：所述光电池电源模块为硫化镉光电池，所述硫化镉光电池的光接收面通过光纤介质连接光信号发生器的光输出端，硫化镉光电池的正负极输出端通过稳压滤波电路作为光电池电源模块的电压输出端。

作为对本发明光控制器中信号调制模块的限定：所述信号解调模块包括光敏三极管，所述光敏三极管的光接收面与光电池感光面通过同一光纤介质连接光发生器的光出射端，所述光敏三极管的集电极通过第五电阻连接光电池电源模块电源输出端的正极，发射极通过第六电阻连接光电池电源模块电能输出端的负极，同时光敏三极管的发射极还作为信号解调模块的信号输出端。

作为对本发明光控制器中电压放大模块的限定：所述电压放大模块包括运算放大器，所述运算放大器的同向输入端通过第四电容器连接光敏三极管的发射极；反向输入端通过第七电阻与第五电容器的串联电路连接光电池电源模块电源输出端的负极；输出端作为电压放大模块的信号输出端，同时还通过第八电阻连接自身的反向输入端；电源端连接光电池电源模块的电源输出端。