一种t型三电平igbt驱动电路的制作方法
一种t型三电平igbt驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种T型Ξ电平IGBT驱动电路，具体设及一种应用于光伏并网逆变器 的T型Ξ电平IGBT驱动电路。
【背景技术】
[0002] 光伏并网发电系统主要由光伏阵列模块、逆变器、交流滤波器和电网组成。逆变器 是连接光伏阵列模块和电网的关键设备，用W实现控制光伏阵列模块运行于最大功率点和 向电网注入正弦电流。光伏并网逆变器对谐波T皿(Total化rmonic Distodion，总谐波失 真）、转化效率、安全可靠性等方面具有极高要求。传统的光伏逆变器采用两电平结构，在 IGBT驱动电路上采用普通光禪隔离的电路方式，并且不具备过流监测和IGBT过压保护功 能，存在一定的缺陷。两电平结构的功率器件损耗较大、转换效率低，而且逆变器输出谐波 THD较大，需要更大尺寸的滤波器。两电平结构的共模电压变化率较大，导致共模电流也较 大，需要更复杂的EMKElectromagnetic Interference，电磁干扰)设计满足安全要求。
[0003] Ξ电平逆变器与两电平逆变器相比具有W下优点：
[0004] 1.使用同一电压水平的IGBT时，Ξ电平逆变器可使输出电压及功率增大一倍;2. 在无须高电压的应用中，Ξ电平逆变器允许使用较低压的IGBT模块，能提高IGBT开关频率； 3. Ξ电平逆变器的电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦，正弦性更好，功率因数更高； 4. 不要求集电极电压达到静态和动态对称，从而简化IGBT驱动的设计，并避免使用外部缓 冲电路;5.当使用相同的开关频率时，最终的输出频率可W提高一倍，显然有助于减小无源 元件的尺寸和降低开关损耗。
[0005] 虽然Ξ电平拓扑相较于两电平拓扑有较多的优势，但是普通的Ξ电平拓扑驱动电 路不够完善，例如在IGBT关断时所产生的电压尖峰通常高于两电平变换器，因此在抑制关 断过压方面，需要进行更多的考虑。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种可抑制关断过压的T型Ξ电平IGB巧E动电路。
[0007] 为此，本发明提出的一种T型Ξ电平IGBT驱动电路，用于驱动Ξ电平拓扑模块，包 括与Ξ电平拓扑模块相连的口极电路，所述口极电路包括IGBT 口极驱动电路，用于将低电 压IGBT开关控制信号转化为可驱动IGBT开关的电压信号;还包括过压保护电路、次边信号 处理模块，所述的过压保护电路分别与Ξ电平拓扑模块和次边信号处理模块相连，过压保 护电路包括有源巧位电路，该有源巧位电路通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT 关断时的电压尖峰进行有效抑制;所述次边信号处理模块至少具有集电极电压监测功能。
[0008] 本发明的优点在于，通过有源巧位电路通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对 IGBT关断时的电压尖峰进行有效抑制，可抑制关断过压。
[0009] 在本发明的优选方案中，本发明易于制作成即插即用型，控制准确度高、系统损耗 小。
[0010] 本发明的其他优点，通过实施例进行进一步说明。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明实施例电路方框图。
[0012] 图2是本发明实施例电路原理图。
[0013] 图3是本发明实施例即插即用原理示意图。
[0014] 图4-1是本发明实施例中忍片QD2011的应用框图。
[001引图4-2是本发明实施例中忍片QD2011的原理框图。
[0016] 图4-3是本发明实施例中忍片QD2011的输入与输出引脚逻辑关系图。
[0017] 图4-4是本发明实施例中忍片QD2011的短路保护原理框图。
[0018] 图4-5是本发明实施例中忍片QD2011的IGBT发射级电压的确定示意图。
[0019]图4-6是本发明实施例中忍片QD2011的化ult端口波形图。
[0020]图4-7是本发明实施例中忍片QD2011的口极驱动原理框图。
[0021 ]图4-8是本发明实施例中忍片QD2011的有源巧位工作原理图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明下述实施例的主要目的是提供一种应用于光伏并网逆变器的安全可靠性 高、控制准确度高、系统损耗小、即插即用的T型Ξ电平IGB巧E动电路。
[0023] 所解决的技术问题有：
[0024] 1.通过有源巧位电路，能够有效抑制IGBT关断过程中产生的Vce(集电极与发射极 之间电压)电压尖峰，避免瞬时电压超过IGBT的耐压值；
[0025] 2.设有的短路保护电路具有短路保护功能，并且通过在忍片集电极电压监测端口 VCE与接地端GND之间接入充电电容来调节短路保护响应时间，电容的充电时间越长，相应 的短路响应时间也会增加；
[0026] 3.设有的口极保护电路具有口极保护功能，使IGBT 口极电压保证在安全值范围 内；
[0027] 4.设有的口极驱动电路具有口极驱动功能，使忍片输出的低电压信号转化为可用 于驱动IGBT开通、关断的电压信号；
[0028] 5.具备即插即用功能，根据IGBT模块外形结构，设计的驱动板PCB可直接焊接在 IGB巧侧上使用。
[0029] 具体如图1所示，本发明实施例的即插即用的T型Ξ电平驱动电路依次包括如下模 块：
[0030] -即插即用功能模块(图3)，是一种设计出完善的驱动电路和保护电路之后，根据 相对应的IGBT模块结构，将其PCB设计成可直接焊接在IGBT引脚上使用的一种操作简易、结 构紧凑的驱动安装方式；
[0031] -次边信号处理忍片，此忍片结合外围电路构成次边信号处理模块，可实现信号 处理功能、短路保护功能、集电极电压监测功能、IGBT开通关断电压调节功能、欠压保护功 能、故障管理功能、IGBTH极驱动信号转化功能和有源巧位功能等；
[0032] -口极电路，由IGBT 口极驱动电路、IGBT开通关断电阻分离电路、IGBT 口极保护电 路共同构建而成；
[0033] -IGBT口极驱动电路，作用是将忍片内部的低电压IGBT开关控制信号，通过使用 外接的M0SFET来提高驱动峰值电流能力的方式，转化为可驱动IGBT开关的电压信号；
[0034] -IGBT开通关断电阻分离电路，将口极电阻分离成开通电阻和关断电阻，可分别 通过开通电阻和关断电阻的阻值来调整IGBT的开通时间和关断时间，并可起到分散开关功 耗的作用；
[003引 一IGBT 口极保护电路，通过二极管将口极与电源电位相连，使得口极电压巧位在 电源电压W下;通过双向稳压管将口极与发射极相连，使得Vge处在一个稳定值；
[0036] -过压保护电路，包括了有源巧位电路、短路保护电路和电压监测电路；
[0037] -有源巧位电路，是通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT关断时的电压 尖峰进行有效抑制，避免瞬时的电压尖峰过高导致IGBT损坏；
[0038] -短路保护电路，通过实时检测集电极电压来判断IGBT是否发生短路故障，一旦 发生短路情况，短路保护电路配合忍片输出故障信号并关断IGBT;
[0039] -电压监测电路，包括了短路保护功能中VCE监测电路和有源巧位监测电路，分别 在短路保护功能和有源巧位功能中起到信息反馈的作用。
[0040] 如图2所示，在此WQ4管为例进行说明，其余Ξ管（Q1、Q2、Q3)的驱动电路与其相 同。所述的即插即用的T型Ξ电平IGBT驱动电路包括:4个T型连接的IGBT管组成的Ξ电平拓 扑模块1、次边信号处理忍片2、过压保护电路3、口极电路4、忍片外围电路5和即插即用功能 模块。
[0041] 所述的Ξ电平拓扑模块1包括T型连接的四个IGBT管及其配套的二极管，其中Q1管 和Q4管为主管，Q2管和Q3管为副管，主管较副管所要承受的电压等级更高;所述的T型连接 为，Q1管的发射极与Q4管的集电极相连，Q2管的发射极与Q3管的发射极相连，Q3管的集电极 与Q1管和Q4管的公共端相连;所述的四个IGBT管的发射极和集电极之间都连接有一个二极 管，分别是 D1、D2、D3、D4。
[0042] 所述的次边信号处理忍片2,使用深圳青铜剑科技股份有限公司的孤2011，引脚定 义如下表1所示(忍片其他详细说明见后），此忍片结合外部电路可实现短路保护功能、集电 极电压监测功能、IGBT开通关断电压调节功能、IGBTH极驱动信号转化功能、有源巧位功能 等，功能实现的具体方式详见本发明各个电路的构建及工作原理说明。
[0043]
[0044]
[004引表1QD2011引脚定义(注:此处引脚定义所采用的符号有几处与孤2011忍片说明书 上的不一致，但功能无差别，如：1CCP，说明书为1VD2，3細说明书为3G0N，4化说明书为GOFF， 5REF说明书为Vref，8F- SET说明书为化ul t)所述的过压保护电路3，包括了有源巧位电路和 短路保护电路。
[0046] 所述的有源巧位电路，是通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT关断时的 电压尖峰进行有效抑制，典型的电路可W用多个TVS管（一种二极管形式的高效能保护器 件）串联来实现 有源巧位功能，该有源巧位至少包含一个双极性的瞬态抑制器(如图2中D11 所示）。所述的有源巧位电路，包括电阻R7、R8、R9，电容C2，二极管D12、D13，TVS管D11，其中 D11由至少一个双极性TVS管和多个单极性TVS管串联构成，R9为忍片端口 A化的下拉电阻， R8为忍片端口 ACL的限流电阻，R7和C2共同作用下来快速传递IGBT集电极电压的变化，D13 为巧位二极管，D12在集电极与口极构成的回路中用来防止反向导通。正常通态下，即集电 极电压没有超过有源巧位所设值时，有源巧位不发生动作；当集电极电压过高时，TVS管D11 被击穿，电容C2两端电压发生变化形成交流信号，再经过限流电阻R8传递至忍片有源巧位 监测端口 ACL，此时忍片将输出短脉冲IGBT开通信号，IGBT导通使集电极电压下降。
[0047] 所述的短路保护电路，包括有电阻R4、R6和R10，电容C3、C4，二极管D10;其中R6由 数量不定的高压电阻或串联的电阻网络组成，用W降低输入到忍片端口的IGBT集电极电 压，并且功耗可分散于单个电阻可承受范围之内；R10为限流电阻，可限制流入忍片端口的 电流大小;D10用于巧位，来保护忍片端口输入电压在IGBT故障时最高不会超过电源电压。 短路保护功能实现方式是通过监测IGBT开通时C、E极间电压来判断IGBT是否有短路发生， 一旦检测到的VCE电压高于预设值，则忍片内部比较器输出电平翻转，使驱动信号输出低电 平，关断IGBT。在忍片QD2011中主要是通过端口 REF，Vce来进行保护的设定。REF端口通过外 接电阻R4来设定短路保护的阀值，VcE端口用来监测实际IGBT开通时电压，并且可通过在集 电极电压监测端口 VcE与接地端GND之间接入充电电容C3、C4来调节短路保护响应时间，电容 的充电时间越长，相应的短路响应时间也会增加。
[004引所述的IGBT口极电路4，由IGBT口极驱动电路、IGBT开通关断电阻分离电路、IGBT 口极保护电路共同构建而成，包括了MOSFET管Q5及其内部二极管D5,电阻31、1?2、1?、1?5，电 容C1，二极管06、08、09。其中，
[0049] IGBT口极驱动电路，作用是将忍片内部的低电压IGBT开关控制信号，通过外接的 M0SFET管Q5来提高驱动峰值电流能力的方式，转化为可驱动IGBT开关的电压信号；工作原 理是次边信号处理忍片3引脚GH输出IGBT开通信号的同时，DH输出的M0S开通信号使得Q5导 通，GH输出电流与Q5输出电流叠加致使流入口极电阻R3的电流增大，从而提高驱动峰值电 流能力，电流信号转化成电压信号后接入IGBT口极，进行IGBT开通关断的控制；C1是开通 M0SFET 口极驱动电源的稳压电容;通过二极管D8将M0SFET管漏极巧位在地，避免该点电位 成负压；
[0050] IGBT开通关断电阻分离电路，可通过外接的开通电阻R3和关断电阻R2的阻值来分 别调整IGBT的开通时间和关断时间，并且在开通关断过程起到分散功耗的作用；工作原理 是当IGBT开通时忍片引脚GH输出高电平，经电阻R5和开通电阻R3输入IGBT 口极，使IGBT开 通，关断时忍片引脚化输出低电平，经过口极关断电阻R2输入口极，关断IGBT。电阻R5将忍 片输出的开通电压信号转化为电流信号输入开通电阻R3;电阻R1是忍片IGBT口极关断输出 端口的下拉电阻，作用是即使在驱动器掉电的情况下，运个电阻也为IGBT的口极和发射极 之间提供一个低阻抗回路。
[0051] IGBT 口极保护电路，通过二极管D則尋口极与电源电位相连，使得口极电压巧位在 电源电压W下;通过双向稳压管D6将口极与发射极相连，使得口极电位处在一个稳定值；
[0052] 所述的忍片外围电路，包括二极管D7、电阻R11，通过二极管D7将忍片端口化巧位 在电源电位W下，防止非正常状态下端口电压过高损坏忍片;通过电阻R11可设置忍片内部 的基准电流。
[0053] 所述的即插即用结构模块，是一种直接将驱动板焊接在IGBT上使用的驱动安装方 式，如下图3所示。
[0054] 附:忍片QD2011详细说明：
[0055] QD2011是深圳青铜剑电力电子科技有限公司针对目前IGBT驱动市场，专口研发的 用于IGBT驱动核中用于次边处理的专用集成电路。可用于替代CONCEPT基于scale-2忍片的 IGB巧区动器上。图4-1是其应用框图，图4-2是其原理框图。
[0056] 引脚序号及定义
[0057]
[005引表1 QD2011引脚定义
[0059] 系统性能参数
[0060] W下参数如无特别说明均在VI so = 25V，环境溫度T = 25°C下测试得到。
[0061]
[0062] 表2 QD2011主要性能参数
[0063] 功能模块详解
[0064] 1.信号传输
[0065] 忍片QD2011主要功能是将变压器输入的端脉冲信号，通过逻辑处理转换成用于 IGBT开通和关断的正常信号。图4-3输入引脚0N_pulse，0FF_pulse与IGBTVGE电压的关系。
[0066] QD2011的输入引脚0N_pulse，0FF_pulse均为短脉冲信号，同时忍片内部有共模抑 制功能，即如果两个引脚同时输入为高，则IGBTVGE应该是处于关断的电平，同时此两引脚 输入的脉冲信号电压幅度大于等于10V即可。
[0067] 不仅0FF_pulse能关断IGBT 口极，而且忍片内部的欠压保护W及短路保护等模块 都能关断IGBT，W保护IGBT。
[006引 2.短路保护
[0069] 忍片孤2011具有短路保护功能。短路保护的实现方式是通过检测IGBT开通时的C， E电压来判断IGBT是否有短路的情况发生。
[0070] 如图4-4所示，阴影部分是忍片孤2011内部的短路保护的电路结构图，主要通过端 口 Vref，VcE来进行保护的设定。
[00川 1 .Vref端口内部有个150uA的恒流源输出，通过外部接的电阻Rre诚设定短路保护 的阔值。
[0072] Vref=150XRref化Ω )Xl〇-3
[0073] 2. Vge端口是用来检测实际IGBT开通时候的电压。
[0074] 3.当IGBT关断时候，忍片内部逻辑会将VCE端口下拉至低电平，运样能保证忍片不 会在IGBT关断的时候进行短路保护。
[007引4.RCE与IGBT的C极相接，用来监测IGBT集电极的电压，Rce的数值选取依据W下方 法，根据不同的母线电压，使得流过Rce的电流为0.6mA- 1mA，例如，VDc-Link = 1200V时，Rce = 1.2M Ω -1.8M Ω。Rce可W选择高压电阻，也可W是多个电阻串联，在任何情况下，爬电距离都 是必须考虑的因素。
[0076] 5.当IGBT开通是，VcE电压大于Vref电压则QD2011忍片内部比较器电平会翻转，从而 关断IGBT并发出故障信号。
[0077] e.CcE是用来调节短路保护的响应时间运一参数的，而且响应时间与Rc拟及Rref都 相关，详细参数列表如下：
[007 引
[0079] 表3响应时间（response time)与CcE和Rref的关系
[0080] 3. IGBT开通关断电压确定
[0081 ] 忍片孤2011的输入电源为25V左右，为了能使电源正常控制IGBT的开通和关断，需 要将此电源针对IGBT发射极作为参考电位进行分配。假设VIS0相对GND输入电源是25V的 话，贝化D2011会将发射极电压VE相对GND电压控制在10V，运样IGBT开通时VGE电压为+15V， IGBT关断时候VGE电压为-10V。
[0082] 详细的工作原理请看图4-5的原理框图。
[0083] 如图4-5所示，IGBT开通关断电压的控制主要是通过忍片内部的两个运放AMP1， AMP2的反馈来实现的。
[0084] 1.在一般情况下，IGBT开通时候的口极电压VG = VIS0,关断时候的口极电压VG = 0,即GND电位。
[008引 2.当VIS0电压足够(VIS0〉21V)的时候，主要是AMP2起作用，从图4中可W看出AMP2 的正极电压:VGE = 150uAX100K = 15V。
[0086] 但VIS0<21V时，假设IGBT开通时VGE = 15V，则IGBT关断时候VGE〉-6V，如果IGBT关 断电压过高，会导致IGBT关不断的情况。为了防止运种情况的发生，忍片内部通过AMP1来控 制AMP2正极输入端的电压，W保证IGBT关断时候VGE电压小于-6V。
[0087] 4.欠压保护
[0088] 忍片孤2011会检测电源电压，为了保证IGBT开通和关断的电压都在能让IGBT正常 工作的范围内，QD2011对IGBT开通电压VISO-VEW及关断电压VE都进行了监测。
[0089] 1.VIS0-VE电压是IGBT开通时候的电压。当电压低于12V时，为了保证IGBT不会因 为开通时后损耗过高导致器件损耗，QD2011会将IGBT置低并发出 故障信号。运种情况下，只 有当电压高于12.5V时忍片才能从欠压状态恢复过来。
[0090] 2. -VE是IGBT关断时候的电压。当此VE电压小于5V时，孤2011会将IGBT 口极置低并 发出故障信号。一旦进入欠压状态，只有点VE电压高于6V忍片才能从欠压保护中自动恢复。
[0091] 欠压保护是为了保证IGBT能可靠地开通和关断。
[0092] 5.故障管理
[0093] 忍片QD2011-旦检测到有故障(欠压或短路），忍片会如下动作：
[0094] 1.关断 IGBT。
[0095] 2.通过0N_Pulse引脚发出一个200ns左右的短脉冲信号，用于通过变压器传输到 原边忍片接收故障信号。
[0096] 3、Fault端口也会输出低电平信号；正常情况下化ult引脚应该是5V左右的高电平 信号，同时伴随输入PWM信号有10化S左右的低脉冲尖峰。此引脚可用于光纤传输故障信号。 如图4-6。
[0097] 4、ST1端口可W用来设置故障延迟时间。正常情况下为低电平，故障时为忍片内部 5V电平。
[009引 6. IGBT口极驱动
[0099] QD2011 口极驱动部分是将忍片内部的低电压的IGBT开关控制信号，通过各种功能 模块转化为可W控制IGBT开通和关断的口极驱动信号，W及需要向相应的功能模块提供电 源的电源模块。
[0100] 1.如图4-7所示，G0N GOFF为驱动器的输出端，可W接电阻用来控制IGBT开通及关 断时间。其中开通时间由G0N引脚所接电阻RG0N决定，关断时间由GOFF引脚所接的电阻 RG0FF决定。所选电阻的阻值W及功率需要根据IGBT的具体型号来决定。
[0101] 2.孤2011同时将内部驱动IGBT口极的M0SFET的控制端口也作出引脚(GH，化），运 样可W在QD2011本身内部驱动能力不够的情况下外接M0SFET来提高驱动峰值电流能力。
[0102] 3.驱动器内部的Q1，Q2为峰值电流8A的NM0SdQ1，Q2的驱动电平为0-10V电平，即开 通时候VGS = 10V，关断时候VGS = 0。为了达到运个电平，忍片内部有单独的驱动电源模块， 同时外接电容C(1~lOnF都可W)来达到稳定此电源的作用。
[0103] 4.电平转换模块，主要是将原本忍片内部5V的逻辑电平信号转换成驱动部分需要 的电平。
[0104] 6.有源巧位
[0105] QD2011忍片带有有源巧位功能，在集电极电压过高的时候可W保护IGBT。
[0106] 如图4-8所示，外围电路有TVS或者高压稳压管来检测IGBT集电极的电压，此二极 管的稳压值就是有源巧位功能动作的临界值。
[0107] 正常工作是集电极电压较低，二极管处于截止状态，A化引脚处于低电平，忍片处 于正常开通与关断状态。当集电极电压升至高于二极管的稳压值后(一般在短路情况下发 生），二极管反向导通，运时A化端口会置为高电平，通过口电路将Q2关断；同时二极管电流 也会流至IGBT口极，一旦Q2关断，Π 极电流流过，IGBTH极电位被抬高；当口极电位高于一 定值时IGBT就会开通，运样IGBT上的集电极电压相应地会降低。整个过程保证了 IGBT不会 因为集电极电压过高损坏。
[0108] TVS管或者稳压管的值选取需要结合IGBT器件本身W及应用实际情况综合考虑， 另外本身对A化W及IGBT口极做好保护措施，W防止二极管过来的电压过高导致忍片或者 IGBT损坏。
[0109] 本发明上述实施例提出的应用于光伏并网逆变器的一种即插即用T型Ξ电平IGBT 驱动电路，设计有有源巧位、短路保护、Π 极保护等功能，具有安全可靠性高、控制准确度 高、系统损耗小、使用便捷等优点，应用于驱动光伏并网逆变器中。
[0110] W上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效装置或等效方法变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种T型三电平IGBT驱动电路，用于驱动三电平拓扑模块（1)，包括与三电平拓扑模 块（1)相连的门极电路(4)，所述门极电路(4)包括IGBT门极驱动电路，用于将低电压IGBT开 关控制信号转化为可驱动IGBT开关的电压信号；其特征在于:还包括过压保护电路(3)、次 边信号处理模块(2)，所述。过压保护电路(3)分别与三电平拓扑模块(1)和次边信号处理模 块(2)相连，过压保护电路(3)包括有源箝位电路，该有源箝位电路通过具有快速响应特性 的瞬态抑制器件对IGBT关断时的电压尖峰进行有效抑制；所述次边信号处理模块(2)至少 具有集电极电压监测功能。2. 如权利要求1所述的T型三电平IGBT驱动电路，次边信号处理模块（2)包括一次边信 号处理芯片及其外围电路，所述次边信号处理模块还可实现下述功能中的至少一者:信号 处理功能、短路保护功能、IGBT开通关断电压调节功能、欠压保护功能、故障管理功能、IGBT 门极驱动信号转化功能。3. 如权利要求2所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征在于:所述门极电路(4)还包括 IGBT开通关断电阻分离电路、IGBT门极保护电路，所述IGBT开通关断电阻分离电路用于将 门极电阻分离成开通电阻和关断电阻，可分别通过开通电阻和关断电阻的阻值来调整IGBT 的开通时间和关断时间，并可起到分散开关功耗的作用；IGBT门极保护电路通过二极管将 门极与电源电位相连，使得门极电压箝位在电源电压以下;通过双向稳压管将门极与发射 极相连，使得VGE处在一个稳定值。4. 如权利要求2所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征在于:所述过压保护电路(3)还 包括短路保护电路，通过实时检测集电极电压来判断IGBT是否发生短路故障，一旦发生短 路情况，短路保护电路配合芯片输出故障信号并关断IGBT;所述过压保护电路(3)还包括电 压监测电路，包括了短路保护功能中VCE监测电路和有源箝位监测电路，分别在短路保护功 能和有源箝位功能中起到信息反馈的作用。5. 如权利要求1所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征在于：还包括即插即用功能模 块，用于将所述T型三电平IGBT驱动电路形成驱动板，直接将驱动板连接在IGBT上。6. 如权利要求2所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是:所述的有源箝位电路，用多 个TVS管串联来实现有源箝位功能，该有源箝位至少包含一个双极性的瞬态抑制器。7. 如权利要求6所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是:所述的有源箝位电路，包括 第一至第三电阻(1?7、1?8、1?9)、电容（02)、第一和第二二极管(012、013)、1'￥3管(011)，其中 TVS管(D11)由至少一个双极性TVS管和多个单极性TVS管串联构成，第三电阻(R9)为次边信 号处理芯片有源箝位监测端口（ACL)的下拉电阻，第二电阻(R8)为次边信号处理芯片有源 箝位监测端口（ACL)的限流电阻，第一电阻(R7)和电容(C2)共同作用，用于快速传递IGBT集 电极电压的变化，第二二极管(D13)为箝位二极管，第一二极管(D12)在集电极与门极构成 的回路中用来防止反向导通。8. 如权利要求4所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是:所述的短路保护电路，包括 有第四至六电阻(1?4、1?6、1?10)、第三二极管(010);其中第五电阻(1?6)由数量不定的高压电 阻或串联的电阻网络组成，用以降低输入到芯片端口的IGBT集电极电压，并且功耗可分散 于单个电阻可承受范围之内；第六电阻(R10)为限流电阻，可限制流入芯片端口的电流大 小;第三二极管(D10)用于箝位，来保护芯片端口输入电压在IGBT故障时最高不会超过电源 电压。9. 如权利要求3所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是：所述的IGBT开通关断电阻 分离电路，可通过外接的开通电阻(R3)和关断电阻(R2)的阻值来分别调整IGBT的开通时间 和关断时间。10. 如权利要求3所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是：所述的门极保护电路，通 过二极管(D9)将门极与电源电位相连，使得门极电压箝位在电源电压以下;通过双向稳压 管(D6)将门极与发射极相连，使得门极电位处在一个稳定值。
【专利摘要】本发明涉及一种T型三电平IGBT驱动电路，用于驱动三电平拓扑模块，包括与三电平拓扑模块相连的门极电路，所述门极电路包括IGBT门极驱动电路，用于将低电压IGBT开关控制信号转化为可驱动IGBT开关的电压信号；还包括过压保护电路、次边信号处理模块，所述的过压保护电路分别与三电平拓扑模块和次边信号处理模块相连，过压保护电路包括有源箝位电路，该有源箝位电路通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT关断时的电压尖峰进行有效抑制；所述次边信号处理模块至少具有集电极电压监测功能。本发明可抑制关断过压，控制准确度高、系统损耗小。
【IPC分类】H02M1/08
【公开号】CN105490511
【申请号】CN201511028961
【发明人】何强, 黄辉, 汪之涵, 黄志平
【申请人】深圳青铜剑科技股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月31日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种T型Ξ电平IGBT驱动电路，具体设及一种应用于光伏并网逆变器 的T型Ξ电平IGBT驱动电路。
【背景技术】
[0002] 光伏并网发电系统主要由光伏阵列模块、逆变器、交流滤波器和电网组成。逆变器 是连接光伏阵列模块和电网的关键设备，用W实现控制光伏阵列模块运行于最大功率点和 向电网注入正弦电流。光伏并网逆变器对谐波T皿(Total化rmonic Distodion，总谐波失 真）、转化效率、安全可靠性等方面具有极高要求。传统的光伏逆变器采用两电平结构，在 IGBT驱动电路上采用普通光禪隔离的电路方式，并且不具备过流监测和IGBT过压保护功 能，存在一定的缺陷。两电平结构的功率器件损耗较大、转换效率低，而且逆变器输出谐波 THD较大，需要更大尺寸的滤波器。两电平结构的共模电压变化率较大，导致共模电流也较 大，需要更复杂的EMKElectromagnetic Interference，电磁干扰)设计满足安全要求。
[0003] Ξ电平逆变器与两电平逆变器相比具有W下优点：
[0004] 1.使用同一电压水平的IGBT时，Ξ电平逆变器可使输出电压及功率增大一倍;2. 在无须高电压的应用中，Ξ电平逆变器允许使用较低压的IGBT模块，能提高IGBT开关频率； 3. Ξ电平逆变器的电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦，正弦性更好，功率因数更高； 4. 不要求集电极电压达到静态和动态对称，从而简化IGBT驱动的设计，并避免使用外部缓 冲电路;5.当使用相同的开关频率时，最终的输出频率可W提高一倍，显然有助于减小无源 元件的尺寸和降低开关损耗。
[0005] 虽然Ξ电平拓扑相较于两电平拓扑有较多的优势，但是普通的Ξ电平拓扑驱动电 路不够完善，例如在IGBT关断时所产生的电压尖峰通常高于两电平变换器，因此在抑制关 断过压方面，需要进行更多的考虑。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种可抑制关断过压的T型Ξ电平IGB巧E动电路。
[0007] 为此，本发明提出的一种T型Ξ电平IGBT驱动电路，用于驱动Ξ电平拓扑模块，包 括与Ξ电平拓扑模块相连的口极电路，所述口极电路包括IGBT 口极驱动电路，用于将低电 压IGBT开关控制信号转化为可驱动IGBT开关的电压信号;还包括过压保护电路、次边信号 处理模块，所述的过压保护电路分别与Ξ电平拓扑模块和次边信号处理模块相连，过压保 护电路包括有源巧位电路，该有源巧位电路通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT 关断时的电压尖峰进行有效抑制;所述次边信号处理模块至少具有集电极电压监测功能。
[0008] 本发明的优点在于，通过有源巧位电路通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对 IGBT关断时的电压尖峰进行有效抑制，可抑制关断过压。
[0009] 在本发明的优选方案中，本发明易于制作成即插即用型，控制准确度高、系统损耗 小。
[0010] 本发明的其他优点，通过实施例进行进一步说明。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明实施例电路方框图。
[0012] 图2是本发明实施例电路原理图。
[0013] 图3是本发明实施例即插即用原理示意图。
[0014] 图4-1是本发明实施例中忍片QD2011的应用框图。
[001引图4-2是本发明实施例中忍片QD2011的原理框图。
[0016] 图4-3是本发明实施例中忍片QD2011的输入与输出引脚逻辑关系图。
[0017] 图4-4是本发明实施例中忍片QD2011的短路保护原理框图。
[0018] 图4-5是本发明实施例中忍片QD2011的IGBT发射级电压的确定示意图。
[0019]图4-6是本发明实施例中忍片QD2011的化ult端口波形图。
[0020]图4-7是本发明实施例中忍片QD2011的口极驱动原理框图。
[0021 ]图4-8是本发明实施例中忍片QD2011的有源巧位工作原理图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明下述实施例的主要目的是提供一种应用于光伏并网逆变器的安全可靠性 高、控制准确度高、系统损耗小、即插即用的T型Ξ电平IGB巧E动电路。
[0023] 所解决的技术问题有：
[0024] 1.通过有源巧位电路，能够有效抑制IGBT关断过程中产生的Vce(集电极与发射极 之间电压)电压尖峰，避免瞬时电压超过IGBT的耐压值；
[0025] 2.设有的短路保护电路具有短路保护功能，并且通过在忍片集电极电压监测端口 VCE与接地端GND之间接入充电电容来调节短路保护响应时间，电容的充电时间越长，相应 的短路响应时间也会增加；
[0026] 3.设有的口极保护电路具有口极保护功能，使IGBT 口极电压保证在安全值范围 内；
[0027] 4.设有的口极驱动电路具有口极驱动功能，使忍片输出的低电压信号转化为可用 于驱动IGBT开通、关断的电压信号；
[0028] 5.具备即插即用功能，根据IGBT模块外形结构，设计的驱动板PCB可直接焊接在 IGB巧侧上使用。
[0029] 具体如图1所示，本发明实施例的即插即用的T型Ξ电平驱动电路依次包括如下模 块：
[0030] -即插即用功能模块(图3)，是一种设计出完善的驱动电路和保护电路之后，根据 相对应的IGBT模块结构，将其PCB设计成可直接焊接在IGBT引脚上使用的一种操作简易、结 构紧凑的驱动安装方式；
[0031] -次边信号处理忍片，此忍片结合外围电路构成次边信号处理模块，可实现信号 处理功能、短路保护功能、集电极电压监测功能、IGBT开通关断电压调节功能、欠压保护功 能、故障管理功能、IGBTH极驱动信号转化功能和有源巧位功能等；
[0032] -口极电路，由IGBT 口极驱动电路、IGBT开通关断电阻分离电路、IGBT 口极保护电 路共同构建而成；
[0033] -IGBT口极驱动电路，作用是将忍片内部的低电压IGBT开关控制信号，通过使用 外接的M0SFET来提高驱动峰值电流能力的方式，转化为可驱动IGBT开关的电压信号；
[0034] -IGBT开通关断电阻分离电路，将口极电阻分离成开通电阻和关断电阻，可分别 通过开通电阻和关断电阻的阻值来调整IGBT的开通时间和关断时间，并可起到分散开关功 耗的作用；
[003引 一IGBT 口极保护电路，通过二极管将口极与电源电位相连，使得口极电压巧位在 电源电压W下;通过双向稳压管将口极与发射极相连，使得Vge处在一个稳定值；
[0036] -过压保护电路，包括了有源巧位电路、短路保护电路和电压监测电路；
[0037] -有源巧位电路，是通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT关断时的电压 尖峰进行有效抑制，避免瞬时的电压尖峰过高导致IGBT损坏；
[0038] -短路保护电路，通过实时检测集电极电压来判断IGBT是否发生短路故障，一旦 发生短路情况，短路保护电路配合忍片输出故障信号并关断IGBT;
[0039] -电压监测电路，包括了短路保护功能中VCE监测电路和有源巧位监测电路，分别 在短路保护功能和有源巧位功能中起到信息反馈的作用。
[0040] 如图2所示，在此WQ4管为例进行说明，其余Ξ管（Q1、Q2、Q3)的驱动电路与其相 同。所述的即插即用的T型Ξ电平IGBT驱动电路包括:4个T型连接的IGBT管组成的Ξ电平拓 扑模块1、次边信号处理忍片2、过压保护电路3、口极电路4、忍片外围电路5和即插即用功能 模块。
[0041] 所述的Ξ电平拓扑模块1包括T型连接的四个IGBT管及其配套的二极管，其中Q1管 和Q4管为主管，Q2管和Q3管为副管，主管较副管所要承受的电压等级更高;所述的T型连接 为，Q1管的发射极与Q4管的集电极相连，Q2管的发射极与Q3管的发射极相连，Q3管的集电极 与Q1管和Q4管的公共端相连;所述的四个IGBT管的发射极和集电极之间都连接有一个二极 管，分别是 D1、D2、D3、D4。
[0042] 所述的次边信号处理忍片2,使用深圳青铜剑科技股份有限公司的孤2011，引脚定 义如下表1所示(忍片其他详细说明见后），此忍片结合外部电路可实现短路保护功能、集电 极电压监测功能、IGBT开通关断电压调节功能、IGBTH极驱动信号转化功能、有源巧位功能 等，功能实现的具体方式详见本发明各个电路的构建及工作原理说明。
[0043]
[0044]
[004引表1QD2011引脚定义(注:此处引脚定义所采用的符号有几处与孤2011忍片说明书 上的不一致，但功能无差别，如：1CCP，说明书为1VD2，3細说明书为3G0N，4化说明书为GOFF， 5REF说明书为Vref，8F- SET说明书为化ul t)所述的过压保护电路3，包括了有源巧位电路和 短路保护电路。
[0046] 所述的有源巧位电路，是通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT关断时的 电压尖峰进行有效抑制，典型的电路可W用多个TVS管（一种二极管形式的高效能保护器 件）串联来实现 有源巧位功能，该有源巧位至少包含一个双极性的瞬态抑制器(如图2中D11 所示）。所述的有源巧位电路，包括电阻R7、R8、R9，电容C2，二极管D12、D13，TVS管D11，其中 D11由至少一个双极性TVS管和多个单极性TVS管串联构成，R9为忍片端口 A化的下拉电阻， R8为忍片端口 ACL的限流电阻，R7和C2共同作用下来快速传递IGBT集电极电压的变化，D13 为巧位二极管，D12在集电极与口极构成的回路中用来防止反向导通。正常通态下，即集电 极电压没有超过有源巧位所设值时，有源巧位不发生动作；当集电极电压过高时，TVS管D11 被击穿，电容C2两端电压发生变化形成交流信号，再经过限流电阻R8传递至忍片有源巧位 监测端口 ACL，此时忍片将输出短脉冲IGBT开通信号，IGBT导通使集电极电压下降。
[0047] 所述的短路保护电路，包括有电阻R4、R6和R10，电容C3、C4，二极管D10;其中R6由 数量不定的高压电阻或串联的电阻网络组成，用W降低输入到忍片端口的IGBT集电极电 压，并且功耗可分散于单个电阻可承受范围之内；R10为限流电阻，可限制流入忍片端口的 电流大小;D10用于巧位，来保护忍片端口输入电压在IGBT故障时最高不会超过电源电压。 短路保护功能实现方式是通过监测IGBT开通时C、E极间电压来判断IGBT是否有短路发生， 一旦检测到的VCE电压高于预设值，则忍片内部比较器输出电平翻转，使驱动信号输出低电 平，关断IGBT。在忍片QD2011中主要是通过端口 REF，Vce来进行保护的设定。REF端口通过外 接电阻R4来设定短路保护的阀值，VcE端口用来监测实际IGBT开通时电压，并且可通过在集 电极电压监测端口 VcE与接地端GND之间接入充电电容C3、C4来调节短路保护响应时间，电容 的充电时间越长，相应的短路响应时间也会增加。
[004引所述的IGBT口极电路4，由IGBT口极驱动电路、IGBT开通关断电阻分离电路、IGBT 口极保护电路共同构建而成，包括了MOSFET管Q5及其内部二极管D5,电阻31、1?2、1?、1?5，电 容C1，二极管06、08、09。其中，
[0049] IGBT口极驱动电路，作用是将忍片内部的低电压IGBT开关控制信号，通过外接的 M0SFET管Q5来提高驱动峰值电流能力的方式，转化为可驱动IGBT开关的电压信号；工作原 理是次边信号处理忍片3引脚GH输出IGBT开通信号的同时，DH输出的M0S开通信号使得Q5导 通，GH输出电流与Q5输出电流叠加致使流入口极电阻R3的电流增大，从而提高驱动峰值电 流能力，电流信号转化成电压信号后接入IGBT口极，进行IGBT开通关断的控制；C1是开通 M0SFET 口极驱动电源的稳压电容;通过二极管D8将M0SFET管漏极巧位在地，避免该点电位 成负压；
[0050] IGBT开通关断电阻分离电路，可通过外接的开通电阻R3和关断电阻R2的阻值来分 别调整IGBT的开通时间和关断时间，并且在开通关断过程起到分散功耗的作用；工作原理 是当IGBT开通时忍片引脚GH输出高电平，经电阻R5和开通电阻R3输入IGBT 口极，使IGBT开 通，关断时忍片引脚化输出低电平，经过口极关断电阻R2输入口极，关断IGBT。电阻R5将忍 片输出的开通电压信号转化为电流信号输入开通电阻R3;电阻R1是忍片IGBT口极关断输出 端口的下拉电阻，作用是即使在驱动器掉电的情况下，运个电阻也为IGBT的口极和发射极 之间提供一个低阻抗回路。
[0051] IGBT 口极保护电路，通过二极管D則尋口极与电源电位相连，使得口极电压巧位在 电源电压W下;通过双向稳压管D6将口极与发射极相连，使得口极电位处在一个稳定值；
[0052] 所述的忍片外围电路，包括二极管D7、电阻R11，通过二极管D7将忍片端口化巧位 在电源电位W下，防止非正常状态下端口电压过高损坏忍片;通过电阻R11可设置忍片内部 的基准电流。
[0053] 所述的即插即用结构模块，是一种直接将驱动板焊接在IGBT上使用的驱动安装方 式，如下图3所示。
[0054] 附:忍片QD2011详细说明：
[0055] QD2011是深圳青铜剑电力电子科技有限公司针对目前IGBT驱动市场，专口研发的 用于IGBT驱动核中用于次边处理的专用集成电路。可用于替代CONCEPT基于scale-2忍片的 IGB巧区动器上。图4-1是其应用框图，图4-2是其原理框图。
[0056] 引脚序号及定义
[0057]
[005引表1 QD2011引脚定义
[0059] 系统性能参数
[0060] W下参数如无特别说明均在VI so = 25V，环境溫度T = 25°C下测试得到。
[0061]
[0062] 表2 QD2011主要性能参数
[0063] 功能模块详解
[0064] 1.信号传输
[0065] 忍片QD2011主要功能是将变压器输入的端脉冲信号，通过逻辑处理转换成用于 IGBT开通和关断的正常信号。图4-3输入引脚0N_pulse，0FF_pulse与IGBTVGE电压的关系。
[0066] QD2011的输入引脚0N_pulse，0FF_pulse均为短脉冲信号，同时忍片内部有共模抑 制功能，即如果两个引脚同时输入为高，则IGBTVGE应该是处于关断的电平，同时此两引脚 输入的脉冲信号电压幅度大于等于10V即可。
[0067] 不仅0FF_pulse能关断IGBT 口极，而且忍片内部的欠压保护W及短路保护等模块 都能关断IGBT，W保护IGBT。
[006引 2.短路保护
[0069] 忍片孤2011具有短路保护功能。短路保护的实现方式是通过检测IGBT开通时的C， E电压来判断IGBT是否有短路的情况发生。
[0070] 如图4-4所示，阴影部分是忍片孤2011内部的短路保护的电路结构图，主要通过端 口 Vref，VcE来进行保护的设定。
[00川 1 .Vref端口内部有个150uA的恒流源输出，通过外部接的电阻Rre诚设定短路保护 的阔值。
[0072] Vref=150XRref化Ω )Xl〇-3
[0073] 2. Vge端口是用来检测实际IGBT开通时候的电压。
[0074] 3.当IGBT关断时候，忍片内部逻辑会将VCE端口下拉至低电平，运样能保证忍片不 会在IGBT关断的时候进行短路保护。
[007引4.RCE与IGBT的C极相接，用来监测IGBT集电极的电压，Rce的数值选取依据W下方 法，根据不同的母线电压，使得流过Rce的电流为0.6mA- 1mA，例如，VDc-Link = 1200V时，Rce = 1.2M Ω -1.8M Ω。Rce可W选择高压电阻，也可W是多个电阻串联，在任何情况下，爬电距离都 是必须考虑的因素。
[0076] 5.当IGBT开通是，VcE电压大于Vref电压则QD2011忍片内部比较器电平会翻转，从而 关断IGBT并发出故障信号。
[0077] e.CcE是用来调节短路保护的响应时间运一参数的，而且响应时间与Rc拟及Rref都 相关，详细参数列表如下：
[007 引
[0079] 表3响应时间（response time)与CcE和Rref的关系
[0080] 3. IGBT开通关断电压确定
[0081 ] 忍片孤2011的输入电源为25V左右，为了能使电源正常控制IGBT的开通和关断，需 要将此电源针对IGBT发射极作为参考电位进行分配。假设VIS0相对GND输入电源是25V的 话，贝化D2011会将发射极电压VE相对GND电压控制在10V，运样IGBT开通时VGE电压为+15V， IGBT关断时候VGE电压为-10V。
[0082] 详细的工作原理请看图4-5的原理框图。
[0083] 如图4-5所示，IGBT开通关断电压的控制主要是通过忍片内部的两个运放AMP1， AMP2的反馈来实现的。
[0084] 1.在一般情况下，IGBT开通时候的口极电压VG = VIS0,关断时候的口极电压VG = 0,即GND电位。
[008引 2.当VIS0电压足够(VIS0〉21V)的时候，主要是AMP2起作用，从图4中可W看出AMP2 的正极电压:VGE = 150uAX100K = 15V。
[0086] 但VIS0<21V时，假设IGBT开通时VGE = 15V，则IGBT关断时候VGE〉-6V，如果IGBT关 断电压过高，会导致IGBT关不断的情况。为了防止运种情况的发生，忍片内部通过AMP1来控 制AMP2正极输入端的电压，W保证IGBT关断时候VGE电压小于-6V。
[0087] 4.欠压保护
[0088] 忍片孤2011会检测电源电压，为了保证IGBT开通和关断的电压都在能让IGBT正常 工作的范围内，QD2011对IGBT开通电压VISO-VEW及关断电压VE都进行了监测。
[0089] 1.VIS0-VE电压是IGBT开通时候的电压。当电压低于12V时，为了保证IGBT不会因 为开通时后损耗过高导致器件损耗，QD2011会将IGBT置低并发出 故障信号。运种情况下，只 有当电压高于12.5V时忍片才能从欠压状态恢复过来。
[0090] 2. -VE是IGBT关断时候的电压。当此VE电压小于5V时，孤2011会将IGBT 口极置低并 发出故障信号。一旦进入欠压状态，只有点VE电压高于6V忍片才能从欠压保护中自动恢复。
[0091] 欠压保护是为了保证IGBT能可靠地开通和关断。
[0092] 5.故障管理
[0093] 忍片QD2011-旦检测到有故障(欠压或短路），忍片会如下动作：
[0094] 1.关断 IGBT。
[0095] 2.通过0N_Pulse引脚发出一个200ns左右的短脉冲信号，用于通过变压器传输到 原边忍片接收故障信号。
[0096] 3、Fault端口也会输出低电平信号；正常情况下化ult引脚应该是5V左右的高电平 信号，同时伴随输入PWM信号有10化S左右的低脉冲尖峰。此引脚可用于光纤传输故障信号。 如图4-6。
[0097] 4、ST1端口可W用来设置故障延迟时间。正常情况下为低电平，故障时为忍片内部 5V电平。
[009引 6. IGBT口极驱动
[0099] QD2011 口极驱动部分是将忍片内部的低电压的IGBT开关控制信号，通过各种功能 模块转化为可W控制IGBT开通和关断的口极驱动信号，W及需要向相应的功能模块提供电 源的电源模块。
[0100] 1.如图4-7所示，G0N GOFF为驱动器的输出端，可W接电阻用来控制IGBT开通及关 断时间。其中开通时间由G0N引脚所接电阻RG0N决定，关断时间由GOFF引脚所接的电阻 RG0FF决定。所选电阻的阻值W及功率需要根据IGBT的具体型号来决定。
[0101] 2.孤2011同时将内部驱动IGBT口极的M0SFET的控制端口也作出引脚(GH，化），运 样可W在QD2011本身内部驱动能力不够的情况下外接M0SFET来提高驱动峰值电流能力。
[0102] 3.驱动器内部的Q1，Q2为峰值电流8A的NM0SdQ1，Q2的驱动电平为0-10V电平，即开 通时候VGS = 10V，关断时候VGS = 0。为了达到运个电平，忍片内部有单独的驱动电源模块， 同时外接电容C(1~lOnF都可W)来达到稳定此电源的作用。
[0103] 4.电平转换模块，主要是将原本忍片内部5V的逻辑电平信号转换成驱动部分需要 的电平。
[0104] 6.有源巧位
[0105] QD2011忍片带有有源巧位功能，在集电极电压过高的时候可W保护IGBT。
[0106] 如图4-8所示，外围电路有TVS或者高压稳压管来检测IGBT集电极的电压，此二极 管的稳压值就是有源巧位功能动作的临界值。
[0107] 正常工作是集电极电压较低，二极管处于截止状态，A化引脚处于低电平，忍片处 于正常开通与关断状态。当集电极电压升至高于二极管的稳压值后(一般在短路情况下发 生），二极管反向导通，运时A化端口会置为高电平，通过口电路将Q2关断；同时二极管电流 也会流至IGBT口极，一旦Q2关断，Π 极电流流过，IGBTH极电位被抬高；当口极电位高于一 定值时IGBT就会开通，运样IGBT上的集电极电压相应地会降低。整个过程保证了 IGBT不会 因为集电极电压过高损坏。
[0108] TVS管或者稳压管的值选取需要结合IGBT器件本身W及应用实际情况综合考虑， 另外本身对A化W及IGBT口极做好保护措施，W防止二极管过来的电压过高导致忍片或者 IGBT损坏。
[0109] 本发明上述实施例提出的应用于光伏并网逆变器的一种即插即用T型Ξ电平IGBT 驱动电路，设计有有源巧位、短路保护、Π 极保护等功能，具有安全可靠性高、控制准确度 高、系统损耗小、使用便捷等优点，应用于驱动光伏并网逆变器中。
[0110] W上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效装置或等效方法变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种T型三电平IGBT驱动电路，用于驱动三电平拓扑模块（1)，包括与三电平拓扑模 块（1)相连的门极电路(4)，所述门极电路(4)包括IGBT门极驱动电路，用于将低电压IGBT开 关控制信号转化为可驱动IGBT开关的电压信号；其特征在于:还包括过压保护电路(3)、次 边信号处理模块(2)，所述。过压保护电路(3)分别与三电平拓扑模块(1)和次边信号处理模 块(2)相连，过压保护电路(3)包括有源箝位电路，该有源箝位电路通过具有快速响应特性 的瞬态抑制器件对IGBT关断时的电压尖峰进行有效抑制；所述次边信号处理模块(2)至少 具有集电极电压监测功能。2. 如权利要求1所述的T型三电平IGBT驱动电路，次边信号处理模块（2)包括一次边信 号处理芯片及其外围电路，所述次边信号处理模块还可实现下述功能中的至少一者:信号 处理功能、短路保护功能、IGBT开通关断电压调节功能、欠压保护功能、故障管理功能、IGBT 门极驱动信号转化功能。3. 如权利要求2所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征在于:所述门极电路(4)还包括 IGBT开通关断电阻分离电路、IGBT门极保护电路，所述IGBT开通关断电阻分离电路用于将 门极电阻分离成开通电阻和关断电阻，可分别通过开通电阻和关断电阻的阻值来调整IGBT 的开通时间和关断时间，并可起到分散开关功耗的作用；IGBT门极保护电路通过二极管将 门极与电源电位相连，使得门极电压箝位在电源电压以下;通过双向稳压管将门极与发射 极相连，使得VGE处在一个稳定值。4. 如权利要求2所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征在于:所述过压保护电路(3)还 包括短路保护电路，通过实时检测集电极电压来判断IGBT是否发生短路故障，一旦发生短 路情况，短路保护电路配合芯片输出故障信号并关断IGBT;所述过压保护电路(3)还包括电 压监测电路，包括了短路保护功能中VCE监测电路和有源箝位监测电路，分别在短路保护功 能和有源箝位功能中起到信息反馈的作用。5. 如权利要求1所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征在于：还包括即插即用功能模 块，用于将所述T型三电平IGBT驱动电路形成驱动板，直接将驱动板连接在IGBT上。6. 如权利要求2所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是:所述的有源箝位电路，用多 个TVS管串联来实现有源箝位功能，该有源箝位至少包含一个双极性的瞬态抑制器。7. 如权利要求6所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是:所述的有源箝位电路，包括 第一至第三电阻(1?7、1?8、1?9)、电容（02)、第一和第二二极管(012、013)、1'￥3管(011)，其中 TVS管(D11)由至少一个双极性TVS管和多个单极性TVS管串联构成，第三电阻(R9)为次边信 号处理芯片有源箝位监测端口（ACL)的下拉电阻，第二电阻(R8)为次边信号处理芯片有源 箝位监测端口（ACL)的限流电阻，第一电阻(R7)和电容(C2)共同作用，用于快速传递IGBT集 电极电压的变化，第二二极管(D13)为箝位二极管，第一二极管(D12)在集电极与门极构成 的回路中用来防止反向导通。8. 如权利要求4所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是:所述的短路保护电路，包括 有第四至六电阻(1?4、1?6、1?10)、第三二极管(010);其中第五电阻(1?6)由数量不定的高压电 阻或串联的电阻网络组成，用以降低输入到芯片端口的IGBT集电极电压，并且功耗可分散 于单个电阻可承受范围之内；第六电阻(R10)为限流电阻，可限制流入芯片端口的电流大 小;第三二极管(D10)用于箝位，来保护芯片端口输入电压在IGBT故障时最高不会超过电源 电压。9. 如权利要求3所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是：所述的IGBT开通关断电阻 分离电路，可通过外接的开通电阻(R3)和关断电阻(R2)的阻值来分别调整IGBT的开通时间 和关断时间。10. 如权利要求3所述的T型三电平IGBT驱动电路，其特征是：所述的门极保护电路，通 过二极管(D9)将门极与电源电位相连，使得门极电压箝位在电源电压以下;通过双向稳压 管(D6)将门极与发射极相连，使得门极电位处在一个稳定值。
【专利摘要】本发明涉及一种T型三电平IGBT驱动电路，用于驱动三电平拓扑模块，包括与三电平拓扑模块相连的门极电路，所述门极电路包括IGBT门极驱动电路，用于将低电压IGBT开关控制信号转化为可驱动IGBT开关的电压信号；还包括过压保护电路、次边信号处理模块，所述的过压保护电路分别与三电平拓扑模块和次边信号处理模块相连，过压保护电路包括有源箝位电路，该有源箝位电路通过具有快速响应特性的瞬态抑制器件对IGBT关断时的电压尖峰进行有效抑制；所述次边信号处理模块至少具有集电极电压监测功能。本发明可抑制关断过压，控制准确度高、系统损耗小。
【IPC分类】H02M1/08
【公开号】CN105490511
【申请号】CN201511028961
【发明人】何强, 黄辉, 汪之涵, 黄志平
【申请人】深圳青铜剑科技股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月31日
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