[实用新型]具备非神经超前机制的大功率模块高频驱动器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大功率模块高频驱动器，特别涉及一种具备非神经超前机制的大功率模块高频驱动器。

背景技术

大功率/特大功率逆变电源(大功率通信电源、电化学电源、大型充电电源装置、电动汽车能量转换装置等)需要大容量的功率模块或多个功率模块并联应用，对驱动器的功率等级以及性能提出更高的要求(最大驱动功率可达20W)。目前，国内外主流的大功率驱动器件主要包括以EXB841为代表的光隔离型器件以及以2SD315A和脉冲变压器等为代表的磁隔离型器件。光隔离型器件的驱动功率普遍较小，延迟时间较长，隔离电压较低；脉冲变压器的成本较低，但在大功率驱动应用时，体积大，驱动波形易变形，在软开关应用时易出现驱动波形振荡现象；2SD315A的驱动能力好，可靠性高，保护功能完善，但应用成本较高。

随着逆变频率(新型的高速IGBT模块工作频率可以达到100kHz)不断提高，对驱动器工作频率的要求也相应提高；为简化电源制造与维护，驱动器最好采用模块化设计；大功率逆变电源需要大容量的IGBT模块或多个IGBT模块并联应用，要求驱动器有更短的传输延迟时间、可靠而完善的保护功能以及高隔离电压和良好的抗干扰能力；此外，还要简化应用对驱动供电的要求，降低整体的应用成本。因此，研发一款驱动能力强、可靠性高以及成本低的新型高频驱动器并实现国产化具有重要意义。

目前，驱动信号的隔离有光隔离和磁隔离两种方式。光隔离方式的隔离电压相对较低，存在传输延迟、老化和可靠性等方面的问题。而采用脉冲变压器隔离方式(磁隔离)可以实现相对较高的隔离电压，可靠性较高，传输延迟小，可以传输较高频率的脉冲信号，不存在老化的问题。因此，在高压IGBT驱动器中多数采用脉冲变压器作为隔离元件来完成驱动信号的隔离传输。但是传统的驱动用脉冲变压器通常要求控制脉冲占空比小于50％；同时，脉冲变压器磁芯的饱和问题也限制了控制脉冲的导通时间；此外，还存在驱动波形失真问题，尤其是在驱动大功率IGBT并联管组时，由于IGBT的输入电容比较大，脉冲变压器次级输出的驱动脉冲波形很难满足驱动要求。

在高压大功率应用场合，根据不同的母线电压，驱动器初次级之间必须要求具有很高的隔离电压耐量。另外一个必须考虑的因素是dv/dt耐量，当IGBT高速开关时，可能产生非常高的dv/dt，此信号可以经过隔离变压器或脉冲变压器耦合到初级控制电路，对控制电路产生干扰。此外，驱动供电也比较复杂，器件较多，在隔离以及布线效果方面不够理想。

目前，普遍通过检测IGBT集射极电压Vce的值来判断IGBT是否处于短路或过流状态，并根据相应的值来实现短路或过流保护。由于IGBT在开通初期的集电极电压Vce比较高，如果此时保护电路工作可能造成误动作，影响保护效果，因此必须要有合理有效的Vce值判断电路，确定IGBT的Vce升高是因为处于开通初期还是处于短路或者过流状态。

此外，为降低和抑制大功率模块在高速关断时产生的尖峰电压，驱动器需要准确识别功率模块所处的各种异常状态，并能及时根据异常状态类型采取相应的保护动作。传统的保护模式，通常由检测电路检测异常状况，然后反馈回控制器，由控制器判断故障类型，然后采取相应的保护动作，由于检测信息反馈和处理的时间较长，保护动作会经常滞后，对IGBT功率模块的保护响应不够及时迅速。人体的肌肉骨骼系统在抵抗外力时能够根据其变形情况迅速进行调整，并且在最快的神经反射之前就能完成，这就是非神经控制的反馈机制——机械超前反馈。如果能够将这种非神经超前机制引入大功率模块的高频驱动器中，能够实现对功率模块及时而有效的保护，则具有重要的借鉴价值。

但是据检索，目前还未有融合上述包括高频抗干扰技术、高速隔离技术、基于非神经反馈的超前保护机制以及异常状态有效识别方法等的低成本大功率模块高频驱动技术和产品的相关报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对目前国内外大功率模块高频驱动器存在的问题以及相关的技术发展趋势，提出一种具备非神经超前机制的大功率模块高频驱动器。该驱动器应用高速电路设计、高频抗干扰和高速隔离等技术，采用可靠性设计方法，基于非神经超前保护机制研究开发低成本、高性能的大功率高频驱动模块，并具备可靠驱动400A/1700V IGBT功率管以及驱动3个300A/1700V IGBT并联功率管组的性能。