双光纤接口的igbt驱动电路的制作方法
双光纤接口的igbt驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种IGBT驱动电路，具体是一种双光纤接口的IGBT驱动电路。本发明支持一个桥臂两个IGBT的驱动，整个电路由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成。输入电路由电源连接器和光纤收发接口组成；驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；输出电路包括上管输出接口和下管输出接口。本发明能够可靠驱动1700V及以下电压等级的大功率IGBT，支持两种光纤接口，驱动电阻、短路保护检测窗口、故障保护锁存时间方面可以灵活调整，具有明显的应用前景。
【专利说明】双光纤接口的IGBT驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种IGBT驱动电路，具体是一种双光纤接口的IGBT驱动电路。
【背景技术】
[0002]近年来，IGBT功率器件在电力变换电路中应用越来越广泛，为了使IGBT器件可靠的工作，就需要设计专门用于驱动IGBT开通关断的电路装置，IGBT工作在高电压和大电流状态下，电磁环境很复杂，所以要求IGBT驱动信号在传输到IGBT的过程中，能够承受较强的电磁干扰，随着光纤传输技术的进步，将光纤用于IGBT驱动信号的传输成为可能。目前，光纤传输在高电压领域应用较多，在1700V及以下等级IGBT的应用中，仍很少出现。
[0003]目前，大部分IGBT驱动装置的驱动信号接口为低压电接口，故障时，驱动信号和反馈信号只有较短时间的故障锁存，其缺点是:1)抗电磁干扰能力较差；2)驱动信号和反馈信号无定时锁存功能或锁存时间不可调整。
【发明内容】
[0004]本发明从提高IGBT驱动抗干扰性和故障保护的需求出发，提供了一种双光纤接口的IGBT驱动电路。
[0005]本发明是通过如下技术方案实现的:
一种双光纤接口的IGBT驱动电路，支持一个桥臂两个IGBT的驱动，整个电路由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成；
输入电路包括两部分:一部分是电源连接器，将外部的DC15V电源接入驱动电路?’另一部分是光纤收发接口，光纤收发接口包括接收部和发送部，接收部实现光到电的转换，将接收自控制系统的PWM调制光信号转换为电信号，供驱动电路使用；发送部实现电到光的转换，将IGBT开关状态电信号变换为光信号，然后反馈给控制系统；在光纤收发接口应用电路原理设计时，兼顾AVAGO公司和PANASONIC两个公司光纤器件的应用电路需求，使驱动电路可以选择使用这两个公司的相关光纤接口器件。
[0006]驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；电源转换电路将输入的DC15V电源转换为DC5V，给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电；定时锁存电路能够实现故障的定时锁存，在IGBT开关故障时，触发定时锁存电路，此电路立即产生低脉冲信号，通过逻辑电路，将输入脉冲锁定在低电平，实现IGBT主电路的保护；驱动信号调理电路实现驱动信号的滤波、放大、锁存功能，将光纤收发接口变换的PWM电信号，通过电容和集成运放进行滤波和调理，通过逻辑电路进行保护锁存，再利用MOSFET器件对其进行放大，输出给驱动芯片；故障指示与反馈电路将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯，另一方面将故障反馈电信号通过光纤收发接口传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号；
驱动芯片实现驱动信号和反馈信号的隔离、放大，将驱动前级电路的PWM驱动信号隔离放大后提供给驱动后级电路，并将检测到的故障反馈信号隔离处理后提供给驱动前级电路；
驱动后级电路分为结构相同的上管驱动电路与下管驱动电路两部分，每部分都是由Vce状态检测电路、检测窗口设置电路、开关状态指示、驱动输出调理电路组成；Vce状态检测电路连接在IGBT的C极上，检测IGBT的开关动作状态，给驱动芯片处理；开关状态指示将驱动芯片隔离放大后的PWM驱动脉冲开关状态以LED灯的模式显示出来；驱动输出调理电路由开通关断电阻、过压抑制吸收电路组成，能够通过器件参数的调整来实现驱动电路和不同IGBT的匹配；检测窗口设置电路由阻容充电电路组成，通过调整阻容电路的器件参数，设置IGBT短路保护的检测延迟时间；
输出电路包括与上管驱动电路对应的上管输出接口以及与下管驱动电路对应的下管输出接口，上、下管输出接口分别利用连接器将各自对应的驱动输出调理电路的驱动信号输出与IGBT的G、E极连接起来、将各自对应的Vce状态检测电路与IGBT的C极连接起来。
[0007]本发明能更好的传输驱动信号，提高IGBT变换电路的可靠性，本发明将光纤技术引入1700V等级IGBT的驱动装置中，实现驱动信号和故障反馈信号的可靠传输。并设计了可调整的驱动信号和反馈信号的定时锁存等功能，提高整个驱动装置的可靠性。
[0008]本发明双光纤接口的IGBT驱动电路主要解决了以下几个问题:1)驱动反馈信号传输抗干扰性差的问题；2)解决了驱动板只支持一种光纤连接器的问题；3)解决了驱动信号和反馈信号无定时锁存功能或锁存时间不可调整等问题。
[0009]本发明双光纤接口的IGBT驱动电路已完成具体的产品制作并投入使用，其能够可靠驱动1700V及以下电压等级的大功率IGBT，支持两种光纤接口，驱动电阻、短路保护检测窗口、故障保护锁存时间方面可以灵活调整，具有明显的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的电路结构示意图。
[0011]图2为本发明的电路整体结构布局示意图。
【具体实施方式】
[0012]以下结合附图对本发明作进一步地描述:
如图1所示，一种双光纤接口的IGBT驱动电路，由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成；
输入电路包括两部分:一部分是电源连接器，将外部的DC15V电源接入驱动电路?’另一部分是光纤收发接口，光纤收发接口包括接收部和发送部，接收部实现光到电的转换，将接收自控制系统的PWM调制光信号转换为电信号，供驱动电路使用；发送部实现电到光的转换，将IGBT开关状态电信号变换为光信号，然后反馈给控制系统；
驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；电源转换电路将输入的DC15V电源转换为DC5V，给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电；定时锁存电路能够实现故障的定时锁存，在IGBT开关故障时，触发定时锁存电路，此电路立即产生低脉冲信号，通过逻辑电路，将输入脉冲锁定在低电平，实现IGBT主电路的保护；驱动信号调理电路实现驱动信号的滤波、放大、锁存功能，将光纤收发接口变换的PWM电信号，通过电容和集成运放进行滤波和调理，通过逻辑电路进行保护锁存，再利用MOSFET器件对其进行放大，输出给驱动芯片；故障指示与反馈电路将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯，另一方面将故障反馈电信号通过光纤收发接口传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号；
驱动芯片实现驱动信号和反馈信号的隔离、放大，将驱动前级电路的PWM驱动信号隔离放大后提供给驱动后级电路，并将检测到的故障反馈信号隔离处理后提供给驱动前级电路；
驱动后级电路分为结构相同的上管驱动电路与下管驱动电路两部分，每部分都是由Vce状态检测电路、检测窗口设置电路、开关状态指示、驱动输出调理电路组成；Vce状态检测电路连接在IGBT的C极上，检测IGBT的开关动作状态，给驱动芯片处理；开关状态指示将驱动芯片隔离放大后的PWM驱动脉冲开关状态以LED灯的模式显示出来；驱动输出调理电路由开通关断电阻、过压抑制吸收电路组成，能够通过器件参数的调整来实现驱动电路和不同IGBT的匹配；检测窗口设置电路由阻容充电电路组成，通过调整阻容电路的器件参数，设置IGBT短路保护的检测延迟时间；
输出电路包括与上管驱动电路对应的上管输出接口以及与下管驱动电路对应的下管输出接口，上、下管输出接口分别利用连接器将各自对应的驱动输出调理电路的驱动信号输出与IGBT的G、E极连接起来、将各自对应的Vce状态检测电路与IGBT的C极连接起来。
[0013]具体实施时，根据本发明双光纤接口的IGBT驱动电路制作了双光纤接口的IGBT驱动装置，电路整体结构布局如图2所示:
外部控制电路提供的电源通过电源连接器Pl接入驱动电路装置。
[0014]光纤收发接口电路处，集成了两组PCB封装接口，一组是GX1、GX2，可以安装PANASONIC公司的光纤接口器件，另一组是GX1T、GX1R、GX2T、GX2R，可以安装AVAGO公司的光纤接口器件。在电路原理设计上，兼顾AVAGO和PANASONIC两个公司光纤器件的应用电路需求，使驱动电路可以选择使用这两个公司的相关光纤接口器件。
[0015]电容Cl?C3、电感L1、二极管D3、开关电源芯片U2 —起组成电源转换电路，将DC15V电源转换为DC5V，给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电。
[0016]电阻R3、R6、电容C9、逻辑处理芯片U6、LED灯ERROR组成故障指示与反馈电路，将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯ERROR，另一方面，将故障信号传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号。
[0017]输出部分，电阻R31?R38、R41?R48、R51?R58、R61?R68与二极管D2、D4组成开关电阻网络，包括开通和关断的电阻，每路输出包括8个并联的开通电阻(R31?R38、R51?R58)和8个并联的关断电阻(R41?R48、R61?R68，位置在板背面，与开通电阻对应的位置)。可以方便进行阻值调整，也可以满足高功耗要求。
[0018]连接器VC - TOP、VC-BOT、二极管D7、D8、电阻R29、R30组成Vce状态检测电路，将Vce状态引入驱动板。
[0019]电阻R23、R24与电容C42、C44组成检测窗口设置电路，调整电阻电容值可以对检测时间进行调整。
[0020]电阻R25?R28与LED灯T_0N、T-OFF, B_0N、B-OFF组成开关状态指示电路，输出脉冲高低电平变化时，响应的灯会亮灭变化。
【权利要求】
1.一种双光纤接口的IGBT驱动电路，其特征在于:由输入电路、驱动前级电路、驱动芯片、驱动后级电路、输出电路组成；
输入电路包括两部分:一部分是电源连接器，将外部的DC15V电源接入驱动电路?’另一部分是光纤收发接口，光纤收发接口包括接收部和发送部，接收部实现光到电的转换，将接收自控制系统的PWM调制光信号转换为电信号，供驱动电路使用；发送部实现电到光的转换，将IGBT开关状态电信号变换为光信号，然后反馈给控制系统；
驱动前级电路由电源转换电路、驱动信号调理电路、定时锁存电路、故障指示与反馈电路组成；电源转换电路将输入的DC15V电源转换为DC5V，给定时锁存电路和驱动信号调理电路中的逻辑处理芯片供电；定时锁存电路能够实现故障的定时锁存，在IGBT开关故障时，触发定时锁存电路，此电路立即产生低脉冲信号，通过逻辑电路，将输入脉冲锁定在低电平，实现IGBT主电路的保护；驱动信号调理电路实现驱动信号的滤波、放大、锁存功能，将光纤收发接口变换的PWM电信号，通过电容和集成运放进行滤波和调理，通过逻辑电路进行保护锁存，再利用MOSFET器件对其进行放大，输出给驱动芯片；故障指示与反馈电路将驱动芯片产生的故障信号放大整理后，一方面点亮红色故障指示灯，另一方面将故障反馈电信号通过光纤收发接口传递给控制系统，控制系统将封锁驱动信号；
驱动芯片实现驱动信号和反馈信号的隔离、放大，将驱动前级电路的PWM驱动信号隔离放大后提供给驱动后级电路，并将检测到的故障反馈信号隔离处理后提供给驱动前级电路；
驱动后级电路分为结构相同的上管驱动电路与下管驱动电路两部分，每部分都是由Vce状态检测电路、检测窗口设置电路、开关状态指示、驱动调理电路组成；Vce状态检测电路连接在IGBT的C极上，检测IGBT的开关动作状态，给驱动芯片处理；开关状态指示将驱动芯片隔离放大后的PWM驱动脉冲开关状态以LED灯的模式显示出来；驱动调理电路由开通关断电阻、过压抑制吸收电路组成，能够通过器件参数的调整来实现驱动电路和不同IGBT的匹配；检测窗口设置电路由阻容充电电路组成，通过调整阻容电路的器件参数，设置IGBT短路保护的检测延迟时间；
输出电路包括与上管驱动电路对应的上管输出接口以及与下管驱动电路对应的下管输出接口，上、下管输出接口分别利用连接器将各自对应的驱动调理电路的驱动信号输出与IGBT的G、E极连接起来、将各自对应的Vce状态检测电路与IGBT的C极连接起来。
【文档编号】H02M1/08GKSQ
【公开日】日
申请日期:日
优先权日:日
【发明者】牛勇, 代全业, 陈宏 , 张丹, 刘革莉, 李相峰
申请人:永济新时速电机电器有限责任公司您的位置： >
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修了不少焊机有mos,icbt，他们的驱动方式不一样，
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用IGBT应该会便宜一点，你这个应用用600V的IGBT足以，只是你没处理好，老是烧管而已。
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& & 你好，你焊机修得多，请问MTH8N90和SSH15N100是不是都是IGBT管，谢谢
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用MOS管就没事说明此MOS管在7V已偏向饱和导通.
一般IGBT的导通电压比MOS高1V左右,处理好驱动在这个位置用IGBT是完全没问题的.
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这个电路烧掉是理所当然的。。IGBT在欠驱动下工作，热量快速积累一下就烧了。我发个电路过去你试试。
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最近做了点小东西，用大功率的Mos管作开关，频率10KHz,控制电压+-12V，一切正常，正好手里有IGBT管子（仙童 ...
Watt 发表于
按改掉的图做准不会烧的。 这个没必要用正负12V电压驱动，IGBT开启电压很高，你12V驱动MOS再驱动IGBT，送到IGBT有电压只有8V左右。正好在开启电压附近，导致IGBT管耗很大。单电源驱动就好，最好把驱动电压改为15V。没有人会去用负压的。这样不仅没作用，而且加长了开启时间。
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看来是我的问题，等有时间了再改为单电源，用+-12V只是为了方便。我也感觉12有点低了。可能用15V更好。
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用-12V是因为有人说IGBT用负压才能快速关断。
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本帖最后由 zhonggx 于
22:30 编辑
你这个烧管主要不是欠驱动引起的，我让你GE间加双向18V TVS管加了吗？另你这个电路结构，负压确实不是必需的。RG 确实也可以大一点，在充许情况下，你可以试一试87楼建议的51欧，降低DV/DT可以改善这个情况。
欠驱动有个很明显的特点就是管子发热！！不要听别人乱说。
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运放驱动能力完全不够的。
IGBT一般需要至少1A的驱动电路。
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IGBT加反压是为了防止误触发。
楼主要搞清楚几点。
第一 ，你要告诉我们 你的负载是什么类型的，阻性，容性，还是感性？
第二，示波器测量必不可少。探头要直接点在管子的GE上。
第三，这种电路，有廉价的专用芯片可以驱动，
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本帖最后由 GHJIANG 于
15:12 编辑
做电路实验：一要有必要设备；而要具备相关的基础知识。要想走捷径，也可借鉴一些成熟的电路。本例的烧管原因：主要是欠激励，这里的欠激励有两个含义。一是电平幅度，二是波形！做脉冲电路的实验，没有示波器，犹如“瞎子摸象”。
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用-12V是因为有人说IGBT用负压才能快速关断。
Watt 发表于
三极管才要拉负电流关断，IGBT和MOS应用一样。只不过电压低了最好不用IGBT，MOS比IGBT好
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你这个烧管主要不是欠驱动引起的，我让你GE间加双向18V TVS管加了吗？另你这个电路结构，负压确实不是必需的 ...
zhonggx 发表于
你这个真有意思，不搞清楚也在这里正儿八径的忽悠人。Rg用大了管耗更大。Rg的选用是有条件的。。。管子不发热他能烧掉吗？ IGBT的开启电压一般都很高，这是1200V25AIGBT的Qg测试波形，自己看吧，以后话不要说得太满，小是错的话碰到对的人。我是专做MOS管测试设备的。对MOS及IGBT的特性还算是了解的。
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IGBT本身对雪崩击穿很弱，如果不加Body Diode应用在感性负载下很容易雪崩打死，所以会集成一颗BodyDiode在上面。
Powered by引起IGBT发热的几个原因
&&& 在中，经常遇到这样的情况：
&&& 商用电磁灶换场效应管及保险管后，功能正常，但场效应管异常过热，有的机子可正常使用，有的很快再次烧管，而检测各保护电路、大电容、大阻值电阻均未见异常，风扇也正常。大功率场效应管异常发热是常见的，也是很棘手的。这是造成功率管烧毁的主要原因。场效应管异常发热的主要原因是以下几方面：
1、工作电流大
&&& 工作电流大的主要原因是主振荡电路产生的缓冲宽度不正确，宽度大。主振荡电路的基本类型是由LM339及外围元件组成的，如图1所示。振荡电容多为2200P，可以试着减小电容的数值来减小正脉冲的宽度。
2、IGBT驱动电压不足
&&& IGBT的导通电压是大于3V，但在大电流应用中，栅极电压要有足夠的幅度，以保证大电流状态下IGBT的可靠导通。在实际检测中，发现驱动动电路三极管放大倍数小、电流特性差会引起激励不足，增大IGBT导通时的压差，增大损耗，引起温度过高。这时要检测IGBT驱动电路工作电压，不要太低。驱动电路工作电压为18V到20V，有的产品驱动电路工作电压低于18V，当IGBT温度过高成为故障时，有必要使这个电压保持在18V甚至20V，不要过低。
3、IGBT质量差
&&& IGBT导通电阻大是産热量的重要因素。如果此时耐压性能差，很容易造成损坏。这可以用换管子的方法来试验，IGBT散热器在同样的温度下开机，在相等的开机持续时间下比较散热片的温度，可以证明这个问题。
4、电扇不转或转速不夠，IGBT的散热片温度不能及时散出。检查风扇电压和驱动三极管是否正常。
5、其它故障引起，如1GBT管的驱动三极管基极对地有个电容，要低于200P，过大会使脉冲过渡期太长，增大损耗，温度提高。另外，要检查发热线盘是否有线间短路引起电流过大，这时会明显温度过高或不能工作。
&&& 东莞市厨房设备有限公司品牌商用电磁灶所用的IGTB都是进口的，采用是德国&Infineon&品牌，质量有保证，品质看得见。品牌的商用电磁灶承诺出厂二年保修，终身服务。
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PLC驱动IGBT产生占空比、...
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PLC驱动IGBT产生占空比、周期、电压可调的直流方波 - 已解决问题
求教各位，我有一个项目要用S7-200驱动IGBT产生周期、占空比、电压可调的直流方波，我不太懂IGBT，请问要驱动电路吗？能直接用PLC驱动吗？
问题补充：输出功率1600w，频率范围70-2500Hz，电压0-400v输出最大电流4.65A,应该选用什么型号的驱动板和IGBT？
产品版区：
悬赏分:5 | 解决时间： 15:52:12 | 提问者： - 新生&nbsp&nbsp第1级
问题ID：73306
你的提问无非就是采用PLC驱动固态继电器来控制负载而已.4.65A的电流也太小了，固态继电器都可以控制几千A的电流了.你可以用北京希曼顿的SSR固态继电器来做,通过PLC来产生周期、占空比驱动固态继电器.
顶级工程师&nbsp&nbsp第12级&
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IGBT对于驱动信号有一定的电压值、电流值的大小要求，PLC的驱动能力不够。故一般不用PLC直接驱动IGBT，而是将PLC发出的控制信号，再经驱动电路隔离、放大后，再去驱动IGBT。
- 大师&nbsp&nbsp第17级
& 17:22:52
建议先看看：《浅析IGBT驱动》连接：《如何正确选择IGBT驱动器及确定驱动参数.pdf》下载：转帖：PLC控制产生脉宽调制是很容易的，难点在IGBT的驱动和短路保护两个主要问题上，1：一般的说两路IGBT交替开关一次作为一个周期的话，假若每个（或者说每对）IGBT各开通0.5周期，那么实际开通的时间每个最多不能超过0.4个周期，剩下的两个0.1周期是死区范围，这个范围是为了保护IGBT不会出现在一个还没有完全关断，另一个就打开造成短路烧坏元件。另一个问题是IGBT栅极的驱动电压，不同的元件要求有些差异，开关频率的变化对于驱动要求也有些差异，以上是对于驱动控制的简单说明。2：关于短路保护，有些遗憾，如果你不是专业搞开关电源或者变频器逆变焊机的职业选手，我说了也没用，这些我搞了很多年了，还一疏忽就烧元件的，当然以上说的那些应用主要是针对高电压的，如果你的IGBT控制的是36V以下的电压就安全的多了。PLC确实太慢了，因为一般的使用IGBT逆变都是在10K--25K的频率之间，除非你需要的是比较特殊的。如果你只是想研究PLC脉宽调制器的编程，可以看PLC的编程手册的脉冲输出功能，我这里只有欧姆龙CPM系列的，这个系列最高频率是10K，也可以脉宽调制，不过我没有用过，好像2相协同不行。要是只是想使用脉宽调制器控制IGBT我倒是还比较明白的，因为做逆变器的都不是使用PLC，有专门的芯片，很便宜的
- 大师&nbsp&nbsp第17级
& 19:08:53
驱动板要提供给IGBT一个稳定的足够大的驱动电流，关断时提供一个足够快的放电回路。IGBT选型参考
- 助理工程师&nbsp&nbsp第8级
& 20:04:54
PLC直接控制变频器多好。用模拟的，不就行了。而且费用很低。你用PLC的脉冲输出功能也可以的。何必去想IGBT呢，这个比较专业了。
- 中级工程师&nbsp&nbsp第10级
& 07:28:59
长见识了，用PLC控制IGBT，如果真行的话我倒想试试
- 中级技术员&nbsp&nbsp第6级
& 08:06:55
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