一种用于储能变流器的大功率IGBT驱动电路的制作方法

一种用于储能变流器的大功率igbt驱动电路
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种用于储能变流器的大功率igbt驱动电路。


背景技术：

2.igbt具有开关频率高、导通功耗小及门极控制方便等特点，在大功率储能变流器系统中得到广泛的应用。在igbt应用中，除其本身的技术水平以外，另一个要考虑的重要因素是其驱动电路的设计是否合理与可靠。igbt驱动电路作为功率电路和控制器之间的接口电路，对系统的功耗和可靠性等方面有着极大的关联，一个优化完善的驱动电路在储能变流器系统中起着举足轻重的作用，设计适当的igbt驱动电路和储能变流器整体方案的可靠性紧密相关。
3.驱动电路主要完成以下两个方面的功能，首先是驱动功能，为igbt开关提供足够大的驱动电流，保证igbt能在其控制下可靠地开通和关断；其次在高电压、大功率的应用场合，驱动电路作为控制电路与功率电路之间的连接桥梁，必须要具有电气隔离的功能，保证控制电路不会受功率电路的干扰和影响。在满足上述两种功能的前提下，驱动电路还要考虑灵活性、性能与价格之间的关系。
4.常规的igbt驱动电路，经过光耦隔离后，经过电平转换，再经过典型推挽电路输出即可驱动igbt开通和关断，此种电路结构简单，但是存在抗干扰能力弱，驱动功率不足等缺点，这些缺点会导致误导通次数多进而引发igbt炸机或者等故障情况发生。
5.因此，如何提供一种用于储能变流器的大功率igbt驱动电路成为本领域亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于储能变流器的大功率igbt驱动电路。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种用于储能变流器的大功率igbt驱动电路，包括，信号接收电路、逻辑处理电路和驱动放大电路；
8.所述信号接收电路与所述逻辑处理电路电连接，所述逻辑处理电路电与所述驱动放大电路连接；
9.所述信号接收电路将光信号转化为数字信号，再将所述数字信号取反，得到取反信号；
10.所述逻辑处理电路将高电平的取反信号转化为正电压信号，将低电平的取反信号转化为负电压信号；
11.所述驱动放大电路将所述正电压信号或者负电压信号放大，向igbt输入开通信号或关断信号。
12.可选地，所述信号接收电路包括：光纤接收器、取反单元和滤波单元；
13.所述光纤接收器与所述取反单元连接，所述取反单元与所述滤波单元连接；
14.所述光纤接收器将光信号转化为数字信号；
15.所述取反单元将所述数字信号取反，并去抖动；
16.所述滤波单元将取反后的数字信号滤波，得到取反信号。
17.可选地，所述取反单元为施密特触发反向器；
18.所述波单元包括：第五电阻和第三电容；第五电阻和第三电容组成rc滤波电路。
19.可选地，所述逻辑处理电路包括：第一电阻、第二电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一二极管、第二二极管、第一稳压二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管和第五三极管；
20.所述第七电阻的一端与所述第一三极管的发射极相连，其另一端与所述第一稳压二极管的负极相连；所述第八电阻的一端与第三电源的正极相连，其另一端与所述第一稳压二极管的负极相连，所述第一稳压二极管的正极接公共端；
21.所述第一二极管的正极与所述第二三极管的基极相连，所述第一二极管的负极与所述第一三极管的集电极相连；所述第一电阻的一端与所述第二三极管的基极相连，其另一端与所述第二三极管的发射极相连，所述第一电阻的另一端和所述第二三极管的发射极一起与第二电源的正极连在一起；
22.所述第二三极管的集电极与所述第四三极管的基极相连；所述第九电阻的一端与所述第四三极管的基极相连，另一端与所述第四三极管的集电极相连；所述第十电阻的一端与所述第四三极管的基极相连，其另一端与所述第四三极管的集电极相连；所述第四三极管的集电极、所述第九电阻的另一端和所述第十电阻的另一端共同与第二电源的负极相连；所述第二二极管的正极与所述第四三极管的基极相连，其负极与所述第四三极管的发射极相连；
23.所述第二电阻的一端与所述第三三极管的集电极相连，并一起与第二电源的正极相连；所述第二电阻的另一端与所述第三三极管的基极和所述第五三极管的基极相连；所述第六电阻的一端与所述第四三极管的发射极相连，其另一端与所述第三三极管的基极和所述第五三极管的基极相连；所述第三三极管的发射极和所述第五三极管的发射极连在一起，所述第三三极管的集电极与第二电源的正极相连，所述第五三极管的集电极与第二电源的负极相连。
24.可选地，所述第一三极管和第三三极管为npn型三极管；
25.所述第二三极管、第四三极管和第五三极管为pnp型三极管。
26.可选地，所述驱动放大电路包括：第三电阻、第四电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一电容、第四电容、第一mos管和第二mos管；
27.所述第四电阻的一端与所述第三三极管和所述第五三极管的发射极相连，其另一端与所述第一mos管和所述第二mos管的栅极相连；所述第一电容的一端与第三电源的正极相连，其另一端与公共端相连；所述第四电容的一端与公共端相连，其另一端与第三电源的负极相连；
28.所述第一mos管的漏极与第三电源的正极相连，所述第二mos管的漏极与第三电源的负极相连；所述第一mos管的输出信号为开通信号，所述第二mos管的输出信号为关断信号；开通信号经过所述第三电阻和第十二电阻与关断信号连在一起；所述第十一电阻为空载电阻，公共端与igbt的e极相连。
29.可选地，所述第一mos管为n沟道mos管；所述第二mos管为p沟道mos管。
30.可选地，所述驱动放大电路还包括：第二稳压二极管和第三稳压二极管；
31.所述第二稳压二极管的正极与所述第三稳压二极管的正极相连；所述第二稳压二极管的负极与所述第一mos管的源极连在一起；所述第三稳压二极管的负极与所述第二mos管的源极连在一起。
32.根据本发明公开的技术内容，具有如下有益效果：可以稳定有效的驱动大功率igbt开通和关断，提高了工作的可靠性；并且电路结构简单、成本低、功耗小等优点。
33.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
34.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
35.图1为根据实施例提供的一种用于储能变流器的大功率igbt驱动电路示意图；
36.图2为根据实施例提供的信号接收电路的电路原理图；
37.图3为根据实施例提供的逻辑处理电路的电路原理图；
38.图4为根据实施例提供的驱动放大电路的电路原理图。
具体实施方式
39.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
40.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
41.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
42.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
43.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
44.根据本发明，如图1～图4所示，提供了一种用于储能变流器的大功率igbt驱动电路，包括，信号接收电路、逻辑处理电路和驱动放大电路；
45.所述信号接收电路与所述逻辑处理电路电连接，所述逻辑处理电路电与所述驱动放大电路连接；
46.所述信号接收电路将光信号转化为数字信号，再将所述数字信号取反，得到取反信号；
47.所述逻辑处理电路将高电平的取反信号转化为正电压信号，将低电平的取反信号转化为负电压信号；
48.所述驱动放大电路将所述正电压信号或者负电压信号放大，向igbt输入开通信号
或关断信号。
49.在一些实施例中，所述信号接收电路包括：光纤接收器h1、取反单元和滤波单元；
50.所述光纤接收器h1与所述取反单元连接，所述取反单元与所述滤波单元连接；
51.所述光纤接收器h1将光信号转化为数字信号；
52.所述取反单元将所述数字信号取反，并去抖动；
53.所述滤波单元将取反后的数字信号滤波，得到取反信号。
54.所述取反单元为施密特触发反向器u1；
55.所述波单元包括：第五电阻r5和第三电容c3；第五电阻r5和第三电容c3组成rc滤波电路。
56.具体地，第二电容c2一端与第一电源vc1相连，其另一端与公共端gnd相连；第五电阻r5一端与施密特触发反向器u1的一通道输出端相连，其另一端与第一三极管q1的基极相连；第三电容c3与第一三极管q1基极相连，其另一端与公共端gnd相连；第一电源vc1和公共端gnd分别接入施密特触发反向器u1的14脚和7脚；光纤接收器h1的2脚和3脚接入第一电源vc1和公共端gnd，其输出端与施密特触发反向器u1的一通道输入端相连。
57.信号接收电路的工作原理如下：
58.首先，光纤输入的光信号由光纤接收器h1将光信号转化为数字信号，转化逻辑为：当有光时，光纤接收器输出0电平；当无光时，光纤接收器输出高电平；
59.然后，数字信号经过施密特触发反向器，输出取反后的数字信号，并滤除了大部分的抖动；
60.之后，再由第五电阻r5和第三电容c3组成的rc滤波电路进行进一步的滤波，送入下级逻辑处理电路，第二电容c2起到了稳定电源的作用。
61.在一些实施例中，所述逻辑处理电路包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第一二极管d1、第二二极管d2、第一稳压二极管d3、第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3、第四三极管q4和第五三极管q5；
62.第七电阻r7一端与第一三极管q1的发射极相连，其另一端与第一稳压二极管d3的负极相连；第八电阻r8一端与第三电源的正极 vc3相连，其另一端与第一稳压二极管d3的负极相连，第一稳压二极管d3的正极接公共端；
63.第一二极管d1的正极与第二三极管q2的基极相连，第一二极管d1的负极与第一三极管q1的集电极相连；第一电阻r1的一端与第二三极管q2的基极相连，其另一端与第二三极管q2的发射极相连，第一电阻r1的另一端和第二三极管q2的发射极一起与第二电源的正极 vc2连在一起；
64.第二三极管q2的集电极与第四三极管q4的基极相连；第九电阻r9的一端与第四三极管q4的基极相连，另一端与第四三极管q4的集电极相连；第十电阻r10的一端与第四三极管q4的基极相连，其另一端与第四三极管q4的集电极相连；第四三极管q4的集电极、第九电阻r9的另一端和第十电阻r10的另一端共同与第二电源的负极-vc2相连；第二二极管d2的正极与第四三极管q4的基极相连，其负极与第四三极管q4的发射极相连；
65.第二电阻r2的一端与第三三极管q3的集电极相连，并一起与第二电源的正极 vc2相连；第二电阻r2的另一端与第三三极管q3的基极和第五三极管q5的基极相连；第六电阻r6的一端与第四三极管q4的发射极相连，其另一端与第三三极管q3的基极和第五三极管q5
的基极相连；第三三极管q3的发射极和第五三极管q5的发射极连在一起，第三三极管q3的集电极与第二电源的正极 vc2相连，第五三极管q5的集电极与第二电源的负极-vc2相连。
66.所述第一三极管q1和第三三极管q3为npn型三极管；
67.所述第二三极管q2、第四三极管q4和第五三极管q5为pnp型三极管。
68.逻辑处理电路的工作原理如下：
69.上一级的信号接收电路传来高电平为u1，低电平为0v的数字信号。
70.当传入的信号为高电平时，首先经过第一三极管q1；分析第一三极管q1，第一三级管q1为npn型三极管，其基极为高电平信号，即基极的电压是ub＝u1；第一三极管q1的发射极电压可以由第一稳压二极管d3来决定，第一稳压二极管d3的稳压值为u2，它的正端接地，负端与一个限流电阻，即第八电阻r8连在一起，而第八电阻r8的另一端接15v的电源，这样第一三极管q1发射极的电压为ue＝u2；此时，第一三极管q1的ub》ue，那么第一三极管q1集电极和发射极导通；
71.当第一三级管q1集电极和发射极导通，那么第二三极管q2基极的电压就是第一二极管d1的正向压降加上第七电阻r7两端电压再加上稳压值u2，第一二极管d1的作用是防止第三电源的正极 vc3流向与第二电源的正极 vc2流向相反，从而影响第二三极管q2基极的电压；由第一二极管d1的方向可知电流的流向，那么第二三极管q2的发射极和基极之间的压差就是第一电阻r1两端的电压，第二三极管q2是pnp型三极管，且它的发射极电压大于基极电压，那么其发射极和集电极导通；
72.第二三极管q2发射极和集电极导通后，第四三极管q4的基极的电压为第二电源的正极 vc2的电压。第四三极管q4发射极的电压是第二电源的正极 vc2的电压减去第二二极管d2的正向压降，即第四三极管q4发射极电压小于基极电压，第四三极管q4发射极和集电极不导通；
73.第三三极管q3和第五三极管q5的基极的电压都为第二电源的正极 vc2的电压，发射极电压都是0v，但第三三极管q3为npn型，它的基极大于发射极，故第三三极管q3的集电极和发射极导通，流入下一级第二电源的正极 vc2的电压信号；
74.当上一级滤波电路传入的信号为低电平时，首先经过第一三极管q1；由上述分析可知第一三极管q1的发射极电压是u1，且第一三极管q1为npn型，基极电压小于发射极电压，故第一三级管q1集电极和发射极不导通；此时，第二三极管q2的基极电压为第二电源的正极 vc2的电压，发射极电压也为第二电源的正极 vc2的电压2，故第二三极管q2的集电极和发射极不导通；
75.此时，对第四三极管q4进行分析，第四三极管q4为pnp型，它的基极电压为第二电源的负极-vc2的电压，发射极电压为第二电源的正极 vc2的电压，即第四三极管q4的发射极大于基极，第四三极管q4发射极和集电极导通；第二二极管d2的正端为第二电源的负极-vc2，负端为第二电源的正极 vc2，所以二极管没有电流流入，故不会影响第四三极管q4的通断；第九电阻r9和第十r10两个并联的电阻是为了保证当第二三极管q2的集电极和发射极导通时，第二电源的正极 vc2和第二电源的负极-vc2不被短接，采用并联的方式是为了防止电阻功率过大；
76.当第四三极管q4发射极和集电极导通后，第三三极管q3和第五三极管q5的基极的电压就是第二电阻r2和第六电阻r6分压后的电压，即第一电阻r1和第二电阻r2的阻值决定
第三三极管q3和第五三极管q5的基极电压；具体计算公式第三三极管q3和第五三极管q5的基极电压基极电压(不考虑第四三极管q4发射极和集电极两端电压)，第二电阻r2的阻值定为10k欧姆。本电路要求使第三三极管q3不导通，第五三极管q5导通，那么要求ub要小于0v，第六电阻r6的阻值要小于10k欧姆。根据以上设定，pnp第五三极管q5的发射极和集电极导通，而第三三极管q3的发射极和集电极不导通，流入下一级第二电源的负极-vc2的电压信号；
77.经过上述分析，逻辑电路具体逻辑关系为：上一极数字信号为高电平，输出下一级第二电源的正极 vc2的电压信号；上一极数字信号为低电平，输出下一级第二电源的负极-vc2的电压信号。
78.在一些实施例中，所述驱动放大电路包括：第三电阻r3、第四电阻r4、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第一电容c1、第四电容c4、第一mos管q6和第二mos管q7；第二稳压二极管d4和第三稳压二极管d5；
79.第四电阻r4一端与第三三极管q3和第五三极管q5的发射极相连，其另一端与第一mos管q6和第二mos管q7的栅极相连；第二稳压二极管d4的正极与第三稳压二极管d5的正极相连，第二稳压二极管d4的负极与第一mos管q6的源极连在一起；第三稳压二极管d5的负极与第二mos管q7的源极连在一起；第一电容c1一端与第三电源的正极 vc3相连，其另一端与公共端gnd相连；第四电容c4一端与公共端gnd相连，其另一端与第三电源的负极-vc3相连；
80.第一mos管q6漏极与第三电源的正极 vc3相连，第二mos管q7漏极与第三电源的负极-vc3相连；第一mos管q6源极的输出信号为开通信号gh，第二mos管q7的输出信号为关断信号gl；开通信号gh经过第三电阻r3和第十二电阻r12与关断信号gl连在一起；第十一电阻r11为空载电阻，公共端gnd与igbt的e极相连。
81.第一mos管q6为n沟道mos管；第二mos管q7为p沟道mos管。
82.驱动放大电路的工作原理如下：
83.上一级逻辑电路产生的第二电源的正极 vc2的电压信号，流入第一mos管q6和第二mos管q7的栅极，由vc2》vc3的值2～3v，且第一mos管q6为n沟道，第二mos管q7为p沟道，可以得到第一mos管q6的漏极和栅极导通，第二mos管q7则不导通。当第一mos管q6导通后，igbt的g端流入第三电源的正极 vc3的开通信号；
84.上一级逻辑电路产生的第二电源的负极-vc2的电压信号，流入第一mos管q6和第二mos管q7的栅极，由vc2》vc3的值2-3v，且第一mos管q6为n沟道，第二mos管q7为p沟道，可以得到第一mos管q6的漏极和栅极不导通，第二mos管q7则导通。当第二mos管q7导通后，igbt的g端流入第三电源的负极-vc3的关断信号；
85.第四电阻r4用来调节mos管的开关速度，还起到了一定的保护作用，一般在2.2-15欧姆的样子。第二稳压二极管d4和第三稳压二极管d5对二极管起到了钳位的作用，第三电阻r3和第十二电阻r12为开通和关断电阻。
86.综上，本发明公开的技术内容，可以稳定有效的驱动大功率igbt开通和关断，提高了工作的可靠性；并且电路结构简单、成本低、功耗小等优点。
87.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技
术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。