[发明专利]一种带屏蔽的多功能供电及驱动装置

说明书

本发明涉及功率模块的驱动单元，具体为一种带屏蔽的多功能供电及驱动装置，包括金属的屏蔽隔离框架，屏蔽隔离框架上设有输入接口和出线孔，屏蔽隔离框架上分布有散热通风孔，屏蔽隔离框架内布置有隔离电源、光电转换单元和驱动器，外部TCU的电信号通过输入接口和带屏蔽的集成线束进行传输，光电转换单元接收TCU传输的电驱动信号并由电转为光驱动信号，IGBT的驱动器接收光驱动信号来控制IGBT的开通和关断，同时驱动器通过光信号将IGBT的状态反馈给光电转换单元，通过光电转换单元转成电信号反馈给TCU,隔离电源将IGBT驱动器供电。本发明集成度高，尺寸小等优点，将多个IGBT器件的驱动电路系统集成安装，更方便维修维护。

技术领域

本发明涉及功率模块的驱动单元，具体为一种带屏蔽的多功能供电及驱动装置。

背景技术

在大功率永磁交流传动电力机车变流系统中，采用大功率IGBT为开关元件的变流器应用日益广泛，功率模块控制信号传输的可靠性，直接影响到IGBT的可靠性，在功率模块低压信号传输系统中，控制信号与IGBT往往有一定的传输距离，那么周围环境的电磁干扰也就不可避免的会对信号传输产生影响，一般采用双绞线或同轴电缆作为传输媒介，这在对干扰和传输距离要求不高的场合能够满足需求，但在长距离、高电压干扰下往往难以胜任，甚至可能带来安全隐患。

现在采用大功率IGBT为开关元件的变流器中主要存在以下问题：

1）模块低压信号与控制信号采用电信号传输，电路可靠性差；采用单一电缆连接单根导线抗干扰性比较差，从而影响整个电路的可靠性。且在有限空间内功率模块与变流柜配装时需考虑电气间隙、爬电距离、电磁干扰等问题，极大的增加变流柜结构设计的复杂性，也为功率模块的维修维护带来不便。

2）功率模块驱动器所有电源不进行隔离；为了尽量减小信号传输中的各种干扰，除了合理的接地外，还需要使输入与输出之间彼此隔离，现有方案对电源信号不进行二次隔离处理，容易造成驱动电源供电不稳定。

3）整个低压信号的传输未曾进行高低压隔离及低压信号的屏蔽；

大功率功率器件在开关时，电源设备启动停止等会对电信号产生影响，同时输出功率高、环境温度高等影响电缆使用寿命，空间存在高电压，各部件间存在寄生电容，电路之间的电磁效应会引起干扰等。功率模块的低压控制装置裸露安装于外部，未进行单独的屏蔽隔离。

本发明设计一种带屏蔽的多功能供电及驱动装置，应用于大功率永磁功率模块中，主要用于接收TCU的控制信号，并将接收到的电信号进行低压电源隔离和转换，同时将驱动电信号转换为光信号传输给IGBT。合理利用变流器内空间、方便维护，将多个IGBT器件和驱动电路系统集成安装，形成带屏蔽的多功能供电及驱动单元。

发明内容

本发明的设计依托于大功率永磁功率模块，设计一种带有屏蔽外壳的多功能转换装置，从功率模块的实际应用需求出发，不仅要考虑信号接收及转换功能的实现，以及整个信号传输和转换的可靠性，同时还要考虑整个装置安装的可维护性，所以该多功能转换装置设计严格，解决了以下问题： 1）低压信号接收和转换装置带有金属屏蔽壳，抗电磁干扰能力更强，提高了信号传输和功率模块的可靠性；2）传输容量大、可靠性高、电磁兼容性好，IGBT驱动信号采用光电技术，转换后的电信号以光信号形式进行发送使其不易受到周围环境的电磁干扰，提高系统的可靠性，精度和传输距离，对电源信号采用统一优化的电路，保障信号在高电压的干扰环境下可靠传输；3）整个装置集成度高，尺寸小，将多个IGBT器件的驱动电路系统集成安装，更方便维修维护。