[发明专利]大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及电力、电子领域，自动化控制行业大容量变频器的绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器，具体是指大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器。

背景技术

目前，国内大部分大容量变频器的功率转换单元采用进口品牌驱动器，此类进口品牌驱动器由于交货期长、价格高昂、接口电路稳定性差、使用场合受限制等原因，已经不能满足国内大容量变频器的应用要求。进口品牌驱动器主要参数如下：

进口品牌驱动器输出接口采用接触式连接座，在震动较为强烈的场合，经常出现接触不良的现象，我司大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器设计时选用螺丝压接式连接座，有效解决进口品牌驱动器在震动较为强烈的场合不能使用的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器，其主要由接口电路、信号隔离转换电路、DC/DC电源转换电路、信号放大电路、保护检测电路构成，其中接口电路连接驱动器的输入/输出接口，并将单片机输出的信号转换为大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器接收的电平等级；信号隔离转换电路对经过接口电路转换的电平信号进行隔离传输，保证控制电路与被控制的二次侧高压电路是隔离的、安全的。

DC/DC电源转换电路将控制电路的工作电源采用DC/DC变换的方式转换到隔离的二次侧，为二次侧控制电路提供电源；信号放大电路将经过信号隔离转换电路转换的控制信号进行放大，保证有足够的输出峰值电流、能提供大功率绝缘栅双极型晶体管可靠工作的电荷量；保护检测电路通过检测大功率绝缘栅双极型晶体管的VCE电压实现对其的短路保护。

输入电源电压为15V±5％，输出峰值电流为20A，输出电荷量为10μQ。

隔离电压为2500V、绝缘电压为4000V/AC 60S。

采用上述方案后，本发明大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器与进口品牌驱动器主要参数对比如下，

由上表可得出本发明设计时将输入电源电压确定在15V±5％，比进口品牌驱动器提高了1％；将输出电流确定在20A，比进口品牌驱动器提高了2.5倍；将输出电荷量确定在10μQ，比进口品牌驱动器提高了2.08倍；能可靠驱动2000安培绝缘栅双极型晶体管，有效提高了驱动器的应用场合。

大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器设计时将隔离电压确定在2500V、将绝缘电压确定在4000V/AC 60S，相比进口品牌驱动器提高了将近2倍，大大提高了驱动器的安全隔离程度。

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

附图说明

图1为本发明的结构方框图；

图2为本发明的工作原理方框图；

图3为驱动器在晶体管开通时的波形图；

图4为驱动器在晶体管关断时的波形图；

图5为驱动器在晶体管开通时的波形图；

图6为驱动器在晶体管关断时的波形图。

具体实施方式

一种大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器，如图1所示，其主要由接口电路1、信号隔离转换电路2、DC/DC电源转换电路3、信号放大电路4、保护检测电路5构成，其中接口电路1的作用是连接驱动器的输入/输出接口，并将单片机输出的信号转换为大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器接收的电平等级；信号隔离转换电路2的作用是对经过接口电路转换的电平信号进行隔离传输，保证控制电路与被控制的二次侧高压电路是隔离的、安全的；DC/DC电源转换电路3的作用是将控制电路的工作电源采用DC/DC变换的方式转换到隔离的二次侧，为二次侧控制电路提供电源；信号放大电路4的作用是对经过信号隔离转换电路转换的控制信号进行放大，保证有足够的输出电流、能提供大功率绝缘栅双极型晶体管可靠工作的电荷量；保护检测电路5的作用是通过检测大功率绝缘栅双极型晶体管的VCE电压实现对其的短路保护，当检测的VCE电压大于预定值后，封锁信号隔离转换电路对控制信号的传输，同时输出故障信号，故障信号经过光电隔离藕合器隔离传输给单片机，单片机给出故障报警。本发明的输入电源电压为15V±5％，输出电流为20A，输出电荷量为10μQ；隔离电压为2500V、绝缘电压为4000V/AC 60S。

大功率绝缘栅双极型晶体管栅极驱动器工作原理，配合图2所示：单片机控制信号→接口电路→信号隔离转换电路→信号放大电路→大功率绝缘栅双极型晶体管。