[發(fā)明專利]基于單根光纖供電與脈沖信號(hào)傳輸?shù)墓怛?qū)動(dòng)IGBT裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410433626.1
• 申請(qǐng)日: 2014-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN104158525B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建明;范洋;徐彭飛;楊萍;徐開凱;趙國;周漢知
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K17/567
• 分類號(hào): H03K17/567;H03K17/78
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務(wù)所13113
• 代理人: 張紅衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子功率器件控制領(lǐng)域，涉及一種光驅(qū)動(dòng)的IGBT裝置，具體地說是一種基于單根光纖供電與脈沖信號(hào)傳輸?shù)墓怛?qū)動(dòng)IGBT裝置。

背景技術(shù)

新型功率開關(guān)器件IGBT是由雙極性三極管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，由于其綜合了MOSFET和GTR兩種器件的性能，因此，現(xiàn)有的功率開關(guān)器件IGBT具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、導(dǎo)通損耗低且耐高壓、能承受大電流等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于600V直流電壓及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

由于IGBT具有上述的特性，因此在應(yīng)用時(shí)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路需要滿足以下幾種要求：(1)在柵極和發(fā)射極之間提供適當(dāng)?shù)恼聪螂妷海?IGBT 能可靠地開通和關(guān)斷；(2)要綜合考慮IGBT 的開關(guān)時(shí)間，避免高速開啟和關(guān)斷產(chǎn)生很高的尖峰電壓有可能造成的IGBT 自身或其他元件擊穿；(3)IGBT 開通后，驅(qū)動(dòng)電路要提供足夠的電壓、電流幅值，使 IGBT在正常工作及過載情況下不致退出飽和而損壞；(4)要在驅(qū)動(dòng)電路與IGBT功率電路之間提供有效的電器隔離；(5)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì) IGBT 的保護(hù)功能。

而目前對(duì)柵極電壓控制的功率器件IGBT常用的驅(qū)動(dòng)方法有直接驅(qū)動(dòng)法、隔離驅(qū)動(dòng)法和采用集成模塊驅(qū)動(dòng)的電路。而上述幾種驅(qū)動(dòng)方法分別具有以下的缺點(diǎn)：

（1）直接驅(qū)動(dòng)法難以驅(qū)動(dòng)大功率IGBT；

（2）隔離驅(qū)動(dòng)法抗干擾能力差、難以遠(yuǎn)距離控制;

（3）集成模塊驅(qū)動(dòng)法電路復(fù)雜、成本高。

因此，需要尋求新的方法和技術(shù)手段來驅(qū)動(dòng)IGBT使其在大功率、高電壓下可靠工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是提供一種基于單根光纖供電與脈沖信號(hào)傳輸?shù)墓怛?qū)動(dòng)IGBT裝置，所述的驅(qū)動(dòng)裝置電路簡(jiǎn)單、成本低、抗干擾能力強(qiáng)，且易于驅(qū)動(dòng)大功率的IGBT開關(guān)器件。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于單根光纖供電與脈沖信號(hào)傳輸?shù)墓怛?qū)動(dòng)IGBT裝置，它包括：

用于產(chǎn)生光信號(hào)的光信號(hào)發(fā)生器、對(duì)光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制的光控制器、對(duì)光信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)墓饫w介質(zhì)，所述光信號(hào)發(fā)生器的光出射端通過光纖介質(zhì)連接光控制器的光接收端，光控制器的信號(hào)輸出端作為驅(qū)動(dòng)輸出端驅(qū)動(dòng)外部變流系統(tǒng)。

作為對(duì)本發(fā)明中光信號(hào)發(fā)生器的限定：所述光信號(hào)發(fā)生器包括作為控制中心的PC控制模塊、信號(hào)調(diào)制模塊，以及發(fā)光的LED燈組，所述PC控制模塊的脈沖信號(hào)輸出端連接信號(hào)調(diào)制模塊的信號(hào)輸入端，信號(hào)調(diào)制模塊的信號(hào)輸出端連接LED燈組。

作為對(duì)本發(fā)明中光發(fā)生器的進(jìn)一步限定：所述LED燈組包括至少一個(gè)LED燈；LED等為至少兩個(gè)時(shí)，LED燈之間通過串聯(lián)，或者并聯(lián)，或者串聯(lián)、并聯(lián)混聯(lián)的方式構(gòu)成LED燈組。

作為本發(fā)明中光控制器的限定：所述光控制器包括用于接收光信號(hào)發(fā)生器發(fā)出光的光電池電源模塊，與用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信號(hào)解調(diào)模塊，所述信號(hào)解調(diào)模塊的信號(hào)輸出端通過電壓放大模塊連接電流放大模塊的信號(hào)輸入端；所述光電池電源模塊的電壓輸出端分別連接信號(hào)解調(diào)模塊、電壓放大模塊、電流放大模塊的電源輸入端，光電池電源模塊的輸出電壓經(jīng)降壓穩(wěn)壓后的電壓輸出端還與電流放大模塊的信號(hào)輸出端構(gòu)成脈沖變換模塊，脈沖變換模塊的信號(hào)輸出端分別連接IGBT開關(guān)器件的柵極和發(fā)射極。

作為對(duì)本發(fā)明光控制器中光電池電源模塊的進(jìn)一步的限定：所述光電池電源模塊為硫化鎘光電池，所述硫化鎘光電池的光接收面通過光纖介質(zhì)連接光信號(hào)發(fā)生器的光輸出端，硫化鎘光電池的正負(fù)極輸出端通過穩(wěn)壓濾波電路作為光電池電源模塊的電壓輸出端。

作為對(duì)本發(fā)明光控制器中信號(hào)調(diào)制模塊的限定：所述信號(hào)解調(diào)模塊包括光敏三極管，所述光敏三極管的光接收面與光電池感光面通過同一光纖介質(zhì)連接光發(fā)生器的光出射端，所述光敏三極管的集電極通過第五電阻連接光電池電源模塊電源輸出端的正極，發(fā)射極通過第六電阻連接光電池電源模塊電能輸出端的負(fù)極，同時(shí)光敏三極管的發(fā)射極還作為信號(hào)解調(diào)模塊的信號(hào)輸出端。

作為對(duì)本發(fā)明光控制器中電壓放大模塊的限定：所述電壓放大模塊包括運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的同向輸入端通過第四電容器連接光敏三極管的發(fā)射極；反向輸入端通過第七電阻與第五電容器的串聯(lián)電路連接光電池電源模塊電源輸出端的負(fù)極；輸出端作為電壓放大模塊的信號(hào)輸出端，同時(shí)還通過第八電阻連接自身的反向輸入端；電源端連接光電池電源模塊的電源輸出端。