一种t型三电平igbt驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种T型S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S电平IGB巧E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] =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，S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，S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. =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=电平拓扑相较于两电平拓扑有较多的优势，但是普通的=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。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种可抑制关断过压的T型S电平IGB巧E动电路。
[0007] 为此，本实用新型提出的一种T型S电平IGBT驱动电路，用于驱动S电平拓扑模 块，包括与立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=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] 本实用新型的优点在于，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] 在本实用新型的优选方案中，本实用新型易于制作成即插即用型，控制准确度高、 系统损耗小。
[0010] 本实用新型的其他优点，通过实施例进行进一步说明。
【附图说明】
[0011] 图1是本实用新型实施例电路方框图。
[0012] 图2是本实用新型实施例电路原理图。
[0013] 图3是本实用新型实施例即插即用原理示意图。
[0014] 图4-1是本实用新型实施例中忍片QD2011的应用框图。
[0015] 图4-2是本实用新型实施例中忍片QD2011的原理框图。
[0016] 图4-3是本实用新型实施例中忍片QD2011的输入与输出引脚逻辑关系图。
[0017] 图4-4是本实用新型实施例中忍片QD2011的短路保护原理框图。
[0018] 图4-5是本实用新型实施例中忍片QD2011的IGBT发射级电压的确定示意图。
[0019] 图4-6是本实用新型实施例中忍片QD2011的化Ult端口波形图。
[0020] 图4-7是本实用新型实施例中忍片QD2011的口极驱动原理框图。
[0021 ]图4-8是本实用新型实施例中忍片QD2011的有源巧位工作原理图。
【具体实施方式】
[0022] 本实用新型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S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，本实用新型实施例的即插即用的T型S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、IGBTn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MOSFET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S管（Ql、Q2、Q3)的驱动电路与其相 同。所述的即插即用的T型S电平IGBT驱动电路包括:4个T型连接的IGBT管组成的S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S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Ql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，Ql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Ql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、IGBTn极驱动信号转化功能、有源巧位功能等。
[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：ICCP，说明书为1VD2，3細说明书为3G0N，4化说明书为 GOFF，5R邸说明书为Vref，8F- SET说明书为化U11))
[0046] 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。
[0047] 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