[發明專利]門極驅動電路板、門極驅動單元及其驅動方法

有效

• 申請號: 201510035566.2
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104617753B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 呂正文;張志康;曹雙喜;鄧本樂;周宏兵
• 申請（專利權）人: 江蘇廣義牽引技術研究所有限公司
• 主分類號: H02M1/092
• 分類號: H02M1/092
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及牽引系統，尤其是一種用于牽引系統中控制及監視IGBT狀態的門極驅動電路板、門極驅動單元及其驅動方法。

背景技術

牽引系統中，VVVF逆變及斬波的控制多由高功率晶體管模塊IGBT的通斷來完成，因而IGBT在這一系統中起著關鍵性作用。高效的控制及監視IGBT的狀態必然成為整個牽引系統中的最為關鍵的一個部分。

門極驅動單元(Gate Drive Unit，簡稱GDU)，一種用以驅動控制大功率IGBT晶體管的可編程印刷電路板，尤其在牽引控制中廣泛應用。在過去的10年里，國內外動車、地鐵等車輛的牽引控制基本用的主流的幾家如BOMBARDIER、SIEMENS、ALSTOM等，其成熟的技術，穩定的性能及業內深遠的影響占據主要市場。

然而近年來，國內外現用車輛上使用的牽引控制設備部分部件已基本到其使用壽命，尤其是直接關聯IGBT大功率負載的GDU原本就是高故障率高易損率的部件即將迎來大規模的老化、損壞而必須更換的局面。然原裝部件(如BOMBARDIER)供貨周期長，價格高，且就該部件而言只有售前服務沒有售后技術支持。由于國內外相關客戶近年來認知的不斷提高，對相關技術都有一定的了解，關鍵組成元件的熟悉，認為GDU該部件的集成度有限，就成本和銷售價格比差過大，進口價格過高，周期過長，且期望在GDU故障、損壞時能夠提供技術支持，不影響基本性能的情況下能夠維修或提供改善建議，而對于這些需求原裝進口就不能達到。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了提供一種門極驅動電路板、門極驅動單元及其驅動方法，集成度高、成本較低，保證了IGBT的使用性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種門極驅動電路板，用以驅動控制大功率IGBT晶體管，包括CPLD主控芯片、初級低壓PCB、次級高壓PCB、隔離驅動變壓器及高壓分壓PCB，所述初級低壓PCB、次級高壓PCB之間通過隔離驅動變壓器連接，所述CPLD主控芯片、高壓分壓PCB固定在次級高壓PCB上。

所述初級低壓PCB上設置有電源接口，連接電源電壓24V DC(+5％，-10％)，所述次級高壓PCB上設置有門極接口和發射極接口集合體，連接IGBT門極和發射極，集電極接口，連接不同電壓等級的IGBT集電極，發射極接口，連接IGBT發射極，CPLD主控芯片程序下載接口和測試接口，光纖接收接口，IGBT開關信號，光纖發送接口，GDU故障反饋信號。

所述高壓分壓PCB采用基材S1141，代替原進口陶瓷板方式，配置特質高精度大功率電阻完成電路配置，在功能上達到原裝方式要求，在性能上高于原裝設計，更精確及時的監控IGBT狀態。且采用基材S1141替代原裝陶瓷板工藝上方便處理，成本上得到進一步控制。

所述次級高壓PCB上設置有狀態指示燈，包括綠燈和紅燈，用于顯示IGBT及GDU是否正常工作。

本發明還提供一種門極驅動單元，包括

電源模塊，接收外部直流供電電壓，并將電壓轉換成各邏輯器件所需的電壓及IGBT的驅動控制電壓；

高壓分壓模塊，連接不同電壓等級的IGBT集電極，通過分壓電路按比例縮小V_CE并實時監控，確定IGBT工作狀態及正常與否；

短路保護模塊，連接IGBT的門極-發射極，用于監控IGBT門極和發射極電流，并判斷是否啟動或關斷IGBT；

故障顯示模塊，與電源模塊、高壓分壓模塊、短路保護模塊連接，指示電源模塊狀態，實時監測高壓分壓模塊、短路保護模塊，并將故障信號報錯顯示；

故障反饋模塊，與故障顯示模塊連接，將故障信號反饋給上級DCU；

自檢自恢復模塊，與高壓分壓模塊、短路保護模塊連接，故障移除后進行自檢，確認各功能狀態正常后自動復位進入正常工作狀態；

光纖啟動模塊，與自檢自恢復模塊連接，自檢正常后按上級DCU給定信號開關IGBT。

所述短路保護模塊中，短路電流限制在290mA，超過即判定為短路進入保護狀態，關斷IGBT的同時鎖定開信號，直到故障移除電流監測在正常范圍內恢復正常工作狀態。

所述短路保護模塊中還設置有IGBT發射極E_main監控模塊，用于監控IGBT發射極狀態，監測IGBT的E_main＝＞E_kelvin的電流變化超過5kA/ms，電壓變化量超過150V時，判定為短路保護，及時關斷IGBT并鎖定開信號，直到故障移除自檢通過后恢復正常工作狀態。