[發明專利]IGBT開關特性動態可變的驅動電路及保護方法

有效

• 申請號: 201711137959.X
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107741756B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 嚴翔;楊寧;謝望玉;李水昌;劉偉志;左鵬;鄭雪洋;趙震;宋術全;程建華;王為介;史志富;邱騰飛;姜龍飛;趙雷廷;董侃;蔣威;馬穎濤;高吉磊;張義海;張哲瑞;王霖;楊光威
• 申請（專利權）人: 中國鐵道科學研究院;北京縱橫機電技術開發公司;中國鐵道科學研究院機車車輛研究所
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤;賈磊

一種IGBT開關特性動態可變的驅動電路及保護方法，該IGBT開關特性動態可變的驅動電路包括：脈沖分配及數字控制芯片、開關陣列及柵極驅動電阻陣列；脈沖分配及數字控制芯片通過部分開關陣列及部分柵極驅動電阻陣列連接IGBT上橋臂的輸入端，并通過其余部分開關陣列及其余部分柵極驅動電阻陣列連接IGBT下橋臂的輸入端；脈沖分配及數字控制芯片接收控制器的控制脈沖信號，并接收IGBT上橋臂及IGBT下橋臂反饋的狀態信息，根據控制脈沖信號及狀態信息在完成脈沖分配、脈沖自鎖、脈沖互鎖等處理后輸出控制脈沖驅動IGBT上橋臂及IGBT下橋臂，與此同時控制開關陣列動態改變柵極驅動電阻，優化開關特性，減少開關損耗，此外還可以向控制器反饋故障編碼，便于智能故障診斷。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種IGBT開關特性動態可變的驅動電路及保護方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是高速列車牽引輔助變流器中功率模塊的核心器件。IGBT驅動器作為功率電路和控制器之間的接口電路，對系統的損耗和可靠性方面有極大的影響，是制約著功率模塊自主研制的一項關鍵技術，一個合理的驅動器設計在整個功率傳輸變換系統中起著重要的作用，尤其在高電壓大功率的應用中，如何對IGBT進行驅動控制和保護以確保IGBT的可靠、安全工作，是IGBT驅動電路及保護設計的難點和關鍵。

傳統的IGBT驅動器由簡單模擬電路構成，如對于較低功率等級的IGBT驅動電路，驅動保護方案主要為“控制器+模擬驅動電路”。IGBT的底層保護主要通過“模擬驅動電路”來完成，該方案形式單一，保護級別也單一；對于大功率的IGBT驅動電路，驅動保護方案多為“控制器+模擬脈沖分配電路+模擬驅動電路”。相對于低功率等級驅動方案增加了“模擬脈沖分配電路”，然而這一級電路一般不具備保護功能或保護功能單一。

此外，傳統的由模擬電路構成的IGBT驅動器并不能智能地動態控制IGBT的通斷過程且保護策略單一，無法滿足大功率IGBT的控制性能和保護要求。

發明內容

本發明實施例提供了一種IGBT開關特性動態可變的驅動電路及保護方法，以通過改變IGBT動態開關特性，降低開關損耗，減少大功率應用場合的發熱對冷卻系統的壓力。有效抑制故障時刻的過電壓和過電流，同時不影響常態下IGBT的開關速度與性能。

為了實現上述目的，本發明實施例提供了一種IGBT開關特性動態可變的驅動電路，該IGBT開關特性動態可變的驅動電路包括：

脈沖分配及數字控制芯片、開關陣列及柵極驅動電阻陣列；所述脈沖分配及數字控制芯片通過部分開關陣列及部分柵極驅動電阻陣列連接IGBT上橋臂的輸入端，并通過其余部分開關陣列及其余部分柵極驅動電阻陣列連接IGBT下橋臂的輸入端；所述脈沖分配及數字控制芯片還連接至所述控制器及所述開關陣列；

脈沖分配及數字控制芯片接收所述控制器的控制脈沖信號，并接收所述IGBT上橋臂及IGBT下橋臂反饋的狀態信息，根據所述控制脈沖信號動態及狀態信息驅動所述IGBT上橋臂及IGBT下橋臂，動態改變柵極驅動電阻，并對所述IGBT上橋臂及IGBT下橋臂進行脈沖分配、脈沖自鎖處理、脈沖互鎖處理及開關陣列控制。

一實施例中，所述控制脈沖信號包括：所述IGBT上橋臂的通斷控制信號以及所述IGBT下橋臂對通斷控制信號。

一實施例中，所述脈沖分配及數字控制芯片根據所述控制脈沖信號反饋控制結果。

一實施例中，若存在IGBT故障發生，所述脈沖分配及數字控制芯片直接完成驅動保護的同時，通過串行通信接口向所述控制器反饋IGBT故障代碼。

一實施例中，所述狀態信息包括：IGBT的di/dt、du/dt、過流信號及過壓信號；所述脈沖分配及數字控制芯片根據所述控制脈沖信號以及狀態信息改變柵極驅動電阻陣列的電阻，以改變IGBT的開關特性。