[實用新型]動車組用高壓大功率隔離驅動電路

有效

• 申請號: 201720091050.4
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN206421199U
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 張利軍;張波;孫慶文;紀文東;王雨;黎梅云;謝崢;宮冬冬
• 申請（專利權）人: 中車青島四方車輛研究所有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 青島聯信知識產權代理事務所37227
• 代理人: 苗彩娟,王月玲

技術領域

本實用新型屬于電氣控制技術領域，涉及動車組用高壓大功率功率器件的驅動裝置，具體地說，涉及一種動車組用高壓大功率隔離驅動電路。

背景技術

功率模塊是牽引變流器和輔助變流器等動車組變流裝置的核心單元，主要執行電力電子變換。驅動電路是實現控制器與功率模塊之間信號傳遞、以弱電控制強電的橋梁。驅動電路能否準確可靠傳遞控制器發出的脈沖信號，控制功率器件的開通和關斷，是列車運行安全的重要因素。

與普通鐵路客車相比，動車組普遍使用高壓大功率的IGBT作為功率器件，IGBT的額定電壓最高可達6500V。高壓大功率及動車組對變流裝置高能量密度的要求，使變流器內部的電磁環境更加嚴酷，對驅動電路的可靠性及抗干擾能力要求更高。目前，現有的驅動方案主要有以下兩類：

第一類：電驅動方案，控制器發出的脈沖信號通過光耦隔離及電平轉換后，以高低電平的方式傳遞到功率模塊，控制功率器件的開通和關斷。這種方案全部由電信號進行傳遞，電信號在長距離的傳輸過程中易受到高壓IGBT開關的干擾，容易發生信號的失真變形，可靠性較低。

第二類：光驅動方案，控制器發出的脈沖信號通過光電轉換電路轉換為光信號，通過光纖傳遞到功率模塊，再通過光電轉換電路轉換成電信號，控制功率器件的開通和關斷。雖然光纖信號在長距離的傳輸中抗干擾能力強，但傳統方案只是單純的傳遞控制信號，不能對控制脈沖信號進行檢測、診斷及保護，不能進行精確的死區控制，無法滿足動車組對高壓大功率驅動電路高可靠性的要求。

授權公告號為CN 201478999U的中國專利公開了一種中高壓變頻器IGBT驅動電路，包括電源模塊，可編程邏輯器件FPGA、電路保護監測電路、光電隔離模塊和功率放大電路，電源模塊、電路保護監測電路的輸出連接FPGA，FPGA的輸出經光電隔離模塊和功率放大電路連接至IGBT。該專利適用于大功率、高耐壓IGBT模塊串、并聯電路的驅動和保護。通過光纖傳輸驅動及狀態識別信號，進行高壓隔離傳輸，具有良好的抗電磁干擾性能和較大的驅動電流，適用于高壓大功率場合，實現了IGBT的過流和短路保護，以及信號反饋檢測功能。但該專利中的驅動電路容易受到外界干擾的影響，可靠性較差。

實用新型內容

為了解決現有功率模塊驅動電路存在的可靠性及抗干能力差等上述問題，本實用新型提供了一種可靠性高、抗干擾能力強的動車組用高壓大功率隔離驅動電路。該驅動電路能夠長距離的傳輸控制器發出的脈沖信號，且脈沖信號在長距離的傳輸中抗干擾能力強，能夠對控制脈沖信號進行檢測、診斷及保護，并進行精確的死區控制，符合動車組對高壓大功率驅動電路高可靠性和安全性的要求。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為：提供了一種動車組用高壓大功率隔離驅動電路，包括：

數字信號隔離電路，用于所述驅動電路與控制器之間的電氣隔離、電平轉換以及傳遞脈沖信號；

FPGA，與數字量信號隔離電路連接，用于接收數字信號隔離電路傳輸及電平轉換后的脈沖信號，并將功率模塊的狀態反饋給控制器；

光電轉換模塊，與FPGA連接，用于將FPGA輸出的脈沖信號轉化為光信號傳輸給功率模塊，并將功率模塊反饋回的光信號轉化為電信號傳輸給FPGA；

隔離電源，為FPGA供電。

在本實用新型上述驅動電路中，在傳統光驅動方案的基礎上加入了FPGA，實現了驅動電路的脈沖整形、自檢測、自診斷、自保護功能。驅動電路中的隔離電路及隔離電源使整個驅動電路成為獨立的電氣系統，避免了其它板卡干擾信號對驅動電路的影響，提高了驅動電路的抗干擾性。

作為本實用新型的優選，數字信號隔離電路采用光電隔離器和I2C芯片，其中，光電隔離器用于FPGA與控制器之間的電信號隔離，I2C芯片用于通過I2C總線連接控制器與FPGA，向控制器傳遞功率模塊的工作狀態。

作為本實用新型的優選，隔離電源將外部輸入的+15V電源信號轉換為5V電源信號后經電源芯片轉換為1.8V、1.2V電源信號，滿足FPGA對多種電平的需求。

作為本實用新型的進一步設計，所述驅動電路還包括3U板卡，隔離電源、數字信號隔離電路、FPGA以及光電轉換模塊集成安裝于3U板卡上。采用模塊化設計，整個電路采用3U板卡，適用于6U機箱、4U機箱等不同系統，通用性強。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于：