一种IGBT驱动配置装置 |
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| 申请号 | CN202410314181.9 | 申请日 | 2024-03-19 | 公开(公告)号 | CN117914295A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 西安奇点能源股份有限公司; | 发明人 | 黄仁东; 张新涛; 靳钊钊; 陈益; | ||||
| 摘要 | 本 申请 公开了一种IGBT驱动配置装置，包括采集模 块 ，用于采集功率模块的运行数据；控 制模 块，连接所述采集模块；脉冲 信号 生成装置，连接所述 控制模块 ；调节模块，包括可调电源模块、转换 电路 、栅极 电阻 模块、可调电容Cge、栅‑射极电阻Rge；转换电路分别连接所述脉冲信号生成装置、可调电源模块的一端以及栅极电阻模块的一端；栅极电阻模块的另一端依次连接所述可调电容Cge和栅‑射极电阻Rge的一端；栅‑射极电阻Rge的另一端以及可调电源模块的另一端分别连接IGBT的栅极 端子 和IGBT的发射极端子。本申请通过集成多个可调的驱动参数的方式，可以在IGBT工作过程中实现参数动态调整。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种IGBT驱动配置装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种IGBT驱动配置装置技术领域背景技术[0002] IGBT自问世以来已经经过了多代际更迭与发展，目前已经广泛应用于工业制造、电力输配、交通运输、航空航天、可再生能源、日常消费品及军工等重点领域，在这些领域的应用中，IGBT驱动配置是IGBT运用与电路设计中至关重要的一个环节，而驱动参数是否合适将直接影响产品工作的稳定性与可靠性。 [0003] 然而IGBT的驱动参数不止一项，其包含驱动电阻Rg（开通电阻、关断电阻）、栅‑射极电容Cge、栅‑射极电阻Rge、驱动正电压Vge+、驱动负电压Vge‑，在进行测试时，任何一项参数的改动都可能引起IGBT开关及电气特性的巨大差异，传统方式的测试中只能进行单一参数修改，且修改过程繁琐且耗时，不具备高效性，同时，在运行过程中驱动参数固定，无法根据模块工作状况进行主动调整，使得模块在特殊工况下工作存在较大风险。发明内容 [0004] 有鉴于此，本申请提供一种IGBT驱动配置装置，用以解决传统驱动参数配置操作繁琐、驱动参数固定不可调的问题。具体方案为：一种IGBT驱动配置装置，包括： 采集模块，设置于功率模块上，用于采集功率模块的运行数据； 控制模块，连接所述采集模块； 脉冲信号生成装置，连接所述控制模块； 调节模块，包括可调电源模块、转换电路、栅极电阻模块、可调电容Cge、栅‑射极电阻Rge； 所述转换电路分别连接所述脉冲信号生成装置、可调电源模块的一端以及所述栅极电阻模块的一端； 所述栅极电阻模块的另一端依次连接所述可调电容Cge和栅‑射极电阻Rge的一端； 所述发射极电阻Rge的另一端以及所述可调电源模块的另一端分别连接IGBT的栅极端子和IGBT的发射极端子。 [0005] 优选的，所述转换电路包括：NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2，所述NPN型三极管Q1的发射极与所述PNP型三极管Q2的发射极电连接，所述NPN型三极管Q1的集电极以及PNP型三极管Q2的集电极分别连接所述可调电源模块；所述NPN型三极管Q1的发射极和PNP型三极管Q2的发射极的连接处与栅‑射极电阻Rge的一端连接，所述NPN型三极管Q1的基极与所述PNP型三极管Q2的基极的连接处与所述脉冲信号生成装置连接。 [0006] 优选的，所述控制模块包括上位机和集成自动控制模块；所述集成自动控制模块分别连接采集模块和上位机； 所述上位机连接所述脉冲信号生成装置。 [0007] 优选的，所述可调电源模块包括可调直流稳压电源DC1、可调直流稳压电源DC2；所述可调直流稳压电源DC1的正极与所述NPN型三极管Q1的集电极电连接，所述可调直流稳压电源DC1的负极与所述可调直流稳压电源DC2的正极电连接； 所述可调直流稳压电源DC2、所述可调直流稳压电源DC2的正极分别与所述可调直流稳压电源DC1的负极电连接，所述可调直流稳压电源DC2的负极与所述PNP型三极管Q2的集电极电连接； 所述栅‑射极电阻Rge连接所述可调直流稳压电源DC2的正极与所述可调直流稳压电源DC1的连接处。 [0008] 优选的，所述栅极电阻模块包括开关S1、二极管D2以及可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路；所述开关S1和二极管D2串联，且开关S1和二极管D2的串联电路两端分别连接在可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路的两端； 所述可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路的一端连接在所述NPN型三极管Q1的发射极和所述PNP型三极管Q2的发射极的连接处，所述可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路的另一端与IGBT栅极端子电连接。 [0009] 优选的，所述可调电阻Rg1的阻值、可调电阻Rg2的阻值、栅‑射极电阻Rge的阻值以及可调电容Cge的容值分别可以单独设定；所述可调电阻Rg1、可调电阻Rg2、栅‑射极电阻Rge、可调直流稳压电源DC1、可调直流稳压电源DC2以及可调电容Cge分别连接集成自动控制模块。 [0010] 本申请能产生的有益效果包括：本发明所提供的IGBT驱动配置装置，脉冲信号生成装置生成的电平值，实现转换电路的通断；通过设置的转换电路实现IGBT栅‑射极驱动电压Vge正/负的切换；从而实现集成IGBT多个可调的驱动参数；通过设置的可调电阻模块、可调电源模块、可调电容Cge进行IGBT驱动参数值的调节，通过设置的采集模块进行功率模块的运行数据的实时采集，采集模块与控制模块连接，控制模块根据采集模块的反馈值实时进行IGBT驱动参数配置的调节，从而提升了IGBT驱动参数配置的灵活性和高效性，并且可以在IGBT工作过程中实现参数动态调整，确保IGBT工作的稳定性与产品的可靠性。 附图说明 [0011] 图1为本申请一种IGBT驱动配置装置的电路示意图；图2为本申请IGBT驱动配置装置中栅‑射极驱动电压Vge为正时的电路示意图； 图3为本申请IGBT驱动配置装置中栅‑射极驱动电压Vge为负时的电路示意图。 [0012] 部件和附图标记列表：10、上位机；20、脉冲信号生成装置；30、信息采集模块；40、集成自动控制模块； 100、IGBT驱动配置装置。 具体实施方式[0013] 下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。 [0014] 如图1所示，本申请提供了一种IGBT驱动配置装置100，用于配置IGBT的驱动参数，能够进行多个驱动参数可调，从而得到可靠的驱动参数。 [0015] 所述IGBT驱动配置装置100包括采集模块（即为本实施例中的信息采集模块30）、集成自动控制模块40、上位机10、脉冲信号生成装置20、可调电源模块（包括可调直流稳压电源DC1和可调直流稳压电源DC2）、转换电路（包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2）、栅极电阻模块（包括串联的二极管D2和开关S1、可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路）、可调电容Cge以及栅‑射极电阻Rge。 [0016] 具体地，在上述实施例中，所述可调直流稳压电源DC1的负极与可调直流稳压电源DC2的正极电连接，所述可调直流稳压电源DC1的正极与所述NPN型三极管Q1的集电极电连接；所述可调直流稳压电源DC1的负极与可调直流稳压电源DC2的正极的连接处与IGBT的发射极端子电连接； 所述可调直流稳压电源DC2的负极与所述PNP型三极管Q2的集电极电连接； 所述NPN型三极管Q1的发射极与所述PNP型三极管Q2的发射极电连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与所述PNP型三极管Q2的发射极的连接处与所述栅极电阻模块连接；所述NPN型三极管Q1的基极与所述PNP型三极管Q2的基极电连接，所述NPN型三极管Q1的基极与所述PNP型三极管Q2的基极的连接处与所述脉冲信号生成装置的输出端电连接。 [0017] 在所述栅极电阻模块中，所述可调电阻Rg1和可调电阻Rg2串联形成可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路；所述二极管D2与所述开关S1串联形成二极管D2与所述开关S1的串联电路；所述可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路的一端与所述NPN型三极管Q1的发射极与所述PNP型三极管Q2的发射极的连接处连接；所述可调电阻Rg1和可调电阻Rg2的串联电路的另一端分别电连接IGBT的栅极端子和可调电容Cge的一端； 所述二极管D2与所述开关S1串联后与所述可调电阻Rg2并联（即，所述二极管D2与所述开关S1的串联电路的一端连接在所述可调电阻Rg1和可调电阻Rg2之间，所述二极管D2与所述开关S1的串联电路的另一端连接在可调电阻Rg2远离可调电阻Rg1的一端）； 所述栅‑射极电阻Rge位于所述可调电容Cge远离所述可调电阻Rg2的一侧，所述栅‑射极电阻Rge与所述可调电容Cge串联；所述栅‑射极电阻Rge与所述可调电容Cge串联电路的两端分别连接IGBT的栅极端子和IGBT的发射极端子。 [0018] 具体地，在上述实施例中，所述上位机10一方面用于设定需要发送的脉冲数与脉冲持续时间，该脉冲信号根据IGBT的应用场景决定，由用户自主设定，所述上位机10通过有线通讯协议实现与所述脉冲信号生成装置20之间的通信，进行脉冲指令下发；所述上位机10另一方面通过有线通讯协议实现与所述集成自动控制模块40之间的通信，用于实现对所述集成自动控制模块40功能启用的控制。 [0019] 具体地，在上述实施例中，所述脉冲信号生成装置20用于生成所述上位机10下发的脉冲信号指令。在接收到开通指令时生成设定时长的高电平信号，控制所述NPN型三极管Q1导通；在接收到关断指令后生成设定时长的低电平信号，控制所述PNP型三极管Q2导通。 [0020] IGBT栅‑射极驱动电压Vge为正时，参考图2，在所述上位机10下发开通指令时，所述脉冲信号生成装置20生成高电平，此时所述NPN型三极管Q1导通工作，此时电路如图2中实线路径所示，所述可调直流稳压电源DC1将提供驱动IGBT开通的正电压，此时，IGBT栅‑射极驱动电压Vge为正，该值可在0 20V范围内可调，其控制可以由用户自主设定，也可以在所~述集成自动控制模块40运行时由集成自动控制模块40实现自动控制。 [0021] IGBT栅‑射极驱动电压Vge为负时，参考图3，在所述上位机10下发关断指令时，所述脉冲信号生成装置20生成低电平，此时所述PNP型三极管Q2导通工作，此时电路如图3中实线路径所示，所述可调直流稳压电源DC2将提供驱动IGBT关断的负电压，此时，IGBT栅‑射极驱动电压Vge为负，该值可在‑20 0V范围内可调，同样的，其控制可以由用户自主设定，也~可以在所述集成自动控制模块40运行时由该模块实现自动控制。 [0022] 具体地，所述二极管D2与所述开关S1的串联电路，用于提供驱动IGBT开通、关断时不同的栅极电阻参数。具体为：当所述开关S1断开时，驱动IGBT开通、关断的栅极电阻均为Rg1+Rg2；当所述开关S1闭合时，驱动IGBT开通的栅极电阻为Rg1，驱动IGBT关断的栅极电阻为Rg1+Rg2。 [0023] 在本实施例中，所述信息采集模块30，其内部集成了精密的电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路，在运行时能够实时采集功率模块（即待确定驱动参数的外接IGBT）的运行数据，其运行数据包括IGBT的集电极‑发射极间电压、集电极电流以及温度等信息，并将采集的数据信息传输至所述集成自动控制模块40。 [0024] 在本实施例中，所述集成自动控制模块40，其内部电路包含多个微处理器（MCU）与现场可编程门阵列（FPGA），所述集成自动控制模块40在接收到所述信息采集模块30所传输的IGBT实时信息之后，将各组数据与用户设定值进行比对运算，根据比对结果下发驱动参数调整信号：针对接收到的实时数据，如果出现直流母线电压过高、集电极电流过大、集电极‑发射极间电压过高的情况，在这些工况下IGBT运行存在风险，则下发减缓IGBT开关过程的指令，此时所述集成自动控制模块40将会通过自主调整所述可调直流稳压电源DC1的电压值（降低正电压）、所述可调直流稳压电源DC2的电压值（抬升负电压）、所述驱动栅极电阻（增大）实现减缓开关过程，确保IGBT在安全工作区运行； 如果出现温度高且集电极‑发射极间电压低且安全裕量大，则此时所述集成自动控制模块40将会通过自主调整所述可调直流稳压电源DC1的电压值（抬升正电压）、所述可调直流稳压电源DC2的电压值（降低负电压）、所述驱动栅极电阻（减小）方式来实现加快开关过程，减小工作损耗。 [0025] 在本申请中，所述可调直流稳压电源DC2和所述可调直流稳压电源DC1，均为可编程的直流稳压电源，用以实现精确的电压范围设定；由于IGBT驱动电压的典型范围（即正负电压范围为±20V）。因此，在本申请中，所述可调直流稳压电源DC2和所述可调直流稳压电源DC1的驱动电压为±20V，从而实现IGBT栅‑射极驱动电压Vge的电压值为±20V。 [0026] 以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。 |
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