专利名称：一种用于城轨车辆牵引变流器的igbt驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机电传动装置的控制设备，尤其涉及一种用于城轨车辆牵引 变流器或辅助变流器的IGBT驱动电路。
背景技术：
当前在国内外，IGBT驱动器技术已经成熟，其中，CONCEPT公司的2sd315和 2sc0435驱动器已经得到比较广泛的应用。但是，这两种驱动器如果出现了这样或者那样的 问题，很难维修处理，只有更换模块，浪费成本。因此，目前国内外很多厂家通常不利用驱动 模块或者驱动芯片做驱动板，而是自主研发，以便查找问题方便，便于调试。
发明内容为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种既驱动可靠、又方便维 修和易于调试的用于城轨车辆牵引变流器的IGBT驱动电路。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种用于城轨车辆牵引变流器 的IGBT驱动电路，包括DC-DC隔离电源单元、IGBT短路保护检测单元、逻辑处理单元和栅极 功率放大单元，所述的DC-DC隔离电源单元的输出端分别与过压保护单元、逻辑处理单元、 栅极功率放大单元和IGBT的发射极连接，其输入端与欠压保护单元连接；所述的逻辑处理 单元分别通过自身的逻辑门与栅极功率放大单元连接、通过自身的运算放大器与IGBT短 路保护检测单元连接，并分别与过压保护单元的输出端和光耦隔离单元的输入端连接；光 耦隔离单元的输出端还与逻辑处理单元的逻辑门连接，IGBT短路保护检测单元与IGBT的 集电极连接；所述的DC-DC隔离电源单元采用变压器隔离。本实用新型所述的栅极功率放大单元的P沟道MOS管F3由漏极电流2 3A的P 沟道MOS管组成，中功率NPN三极管Fl由2 3个NPN达林顿中功率三极管组成，中功率 PNP三极管F2由2 3个PNP达林顿中功率三极管组成，PNP三极管T3为集电极电流IA 的PNP三极管组成。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果1、由于本实用新型通过变压器隔离输入电源，能得到隔离悬浮地与IGBT的E极连 接，使得驱动更加可靠。2、由于本实用新型的短路保护电路对IGBT进行保护，可防止误保护，而过流保护 则可以通过传感器检测。3、由于本实用新型的过压保护单元能够有效防止IGBT的栅极过电压，保证了逻 辑处理单元的芯片能够正常工作。4、由于本实用新型的栅极功率放大单元的PNP三极管T3与中功率PNP三极管F2 复合能够得到更高的电流放大倍数，从而能够得到高的门极峰值电流和短的上升、下降沿。5、由于本实用新型采用完全分离的元件搭建，特别方便维修和调试。
本实用新型共有附图7张，其中图1是IGBT驱动电路流程图。图2是欠压保护单元电路示意图。图3是过压保护单元电路示意图。图4是逻辑处理单元电路示意图。图5是IGBT短路保护检测单元电路示意图。图6是栅极功率放大单元电路示意图。图7是DC-DC隔离电源单元电路示意图。图中，1、DC-DC隔离电源单元，2、欠压保护单元，3、过压保护单元，4、逻辑处理单 元，5、IGBT短路保护检测单元，6、栅极功率放大单元。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步地描述。如图1-7所示，一种用于城轨车 辆牵引变流器的IGBT驱动电路，包括DC-DC隔离电源单元1、IGBT短路保护检测单元5、逻 辑处理单元4和栅极功率放大单元6，所述的DC-DC隔离电源单元1的输出端分别与过压保 护单元3、逻辑处理单元4、栅极功率放大单元6和IGBT的发射极连接，其输入端与欠压保 护单元2连接；所述的逻辑处理单元4分别通过自身的逻辑门与栅极功率放大单元6连接、 通过自身的运算放大器与IGBT短路保护检测单元5连接，并分别与过压保护单元3的输出 端和光耦隔离单元的输入端连接；光耦隔离单元的输出端还与逻辑处理单元4的逻辑门连 接，IGBT短路保护检测单元5与IGBT的集电极连接；所述的DC-DC隔离电源单元1采用变 压器隔离。所述的栅极功率放大单元6的P沟道MOS管F3由漏极电流2 3A的P沟道 MOS管组成，中功率NPN三极管Fl由2 3个NPN达林顿中功率三极管组成，中功率PNP三 极管F2由2 3个PNP达林顿中功率三极管组成，PNP三极管T3为集电极电流IA的PNP 三极管组成。本实用新型的工作原理如下图1所示为本实用新型应用的系统流程图。系统接受外部来的PWM信号，经过光 耦隔离，如果没有接收到过压保护信号和过流短路保护信号，则此脉冲信号经过功率放大 电路，形成IGBT门极功率驱动信号。驱动信号的幅值为+VDD、-VEE。系统的隔离电源由 DC-DC组成，如果检测到电源电压欠压，则发出电源保护信号，如图5所示的保护信号Vcom 由高(VDD)转变为低(GND)，则封锁附图1的Tl管和T2管的脉冲。则DC-DC电源不工作， 则系统的副边所有电路不工作，脉冲封锁。图7是DC-DC隔离电源单元1的电路示意图。电容Cl作为有源钳位变换器中的 钳位电容，电阻R作为钳位电容的充放电电阻。三极管Tl为主开关管，用N沟道MOS管，三 极管T2为钳位管，也用N沟道MOS管。系统的PWM信号与Vcom信号相与，如果Vcom —直 高则PWM正常工作，如果Vcom拉低，则封锁脉冲，系统不工作。图5为IGBT短路保护检测单元5的电路示意图。此电路可以识别IGBT桥臂短路、 逆变器输出间短路和负载短路。如果发生以上三种短路现象，则IGBT由于流过电流急剧增 大而处于欠饱和状态，Vce增大，如果Vce大于VDD，则Vce通过Rl-Rn向Dl充电。同时SCl两端的电压也增大，如果SCl两端的电压超过了 VREF则比较器翻转，比较器输出信号加入 脉冲逻辑，封锁脉冲。此种短路保护识别是发生在IGBT导通情况，如图5所示的DRT信号 与门极驱动信号相反，并通过硬件电路使得其有us级的延时时间，此延时时间要避开IGBT 的导通时间，但是又不能太长以防错过了故障发生点。图3为过压保护单元4的电路示意图。如果DC-DC隔离电源单元1输出电压升高， 也就是说VDD或VEE有一个升高，则其通过电阻R3和R4的分压如果超过VREF2，比较器则 翻转。保护的标准在于正压小于20V，为保护IGBT，Vref2由DC-DC隔离电源单元1副边经 过电压调整芯片MAX6250产生稳定的5V电压。则如果DC-DC隔离电源单元1电压升高，经 过电压调整芯片MAX6250产生的电压也不会变化，所以得到稳定的保护基准点。图6为栅极功率放大单元6的电路示意图。由此我们可以分析出开通时采用F3 与Fl复合而成的PNP复合放大管，关断是用T3和F2复合而成的PNP复合放大管，此放大 电路能得到高的电流放大倍数和高的峰值电流，满足IGBT开关的需要。
权利要求1.一种用于城轨车辆牵引变流器的IGBT驱动电路，其特征在于包括DC-DC隔离电源 单元(1)、IGBT短路保护检测单元(5)、逻辑处理单元(4)和栅极功率放大单元(6)，所述的 DC-DC隔离电源单元(1)的输出端分别与过压保护单元(3)、逻辑处理单元(4)、栅极功率 放大单元(6)和IGBT的发射极连接，其输入端与欠压保护单元(2)连接；所述的逻辑处理 单元(4)分别通过自身的逻辑门与栅极功率放大单元(6)连接、通过自身的运算放大器与 IGBT短路保护检测单元(5)连接，并分别与过压保护单元(3)的输出端和光耦隔离单元的 输入端连接；光耦隔离单元的输出端还与逻辑处理单元(4)的逻辑门连接，IGBT短路保护 检测单元(5)与IGBT的集电极连接；所述的DC-DC隔离电源单元⑴采用变压器隔离。
2.根据权利要求1所述的一种用于城轨车辆牵引变流器的IGBT驱动电路，其特征在 于所述的栅极功率放大单元(6)的P沟道MOS管F3由漏极电流2 3A的P沟道MOS管 组成，中功率NPN三极管Fl由2 3个NPN达林顿中功率三极管组成，中功率PNP三极管 F2由2 3个PNP达林顿中功率三极管组成，PNP三极管T3为集电极电流IA的PNP三极 管组成。
专利摘要本实用新型公开了一种用于城轨车辆牵引变流器的IGBT驱动电路，包括DC-DC隔离电源单元、IGBT短路保护检测单元、逻辑处理单元和栅极功率放大单元，所述的DC-DC隔离电源单元的输出端分别与过压保护单元、逻辑处理单元、栅极功率放大单元和IGBT的发射极连接，其输入端与欠压保护单元连接；所述的逻辑处理单元分别与栅极功率放大单元IGBT短路保护检测单元、过压保护单元和光耦隔离单元连接；所述的DC-DC隔离电源单元采用变压器隔离。本实用新型通过变压器隔离输入电源，能得到隔离悬浮地与IGBT的E极连接，使得驱动更加可靠。本实用新型采用完全分离的元件搭建，特别方便维修和调试。
文档编号H02H7/10GK201898438SQ20102056467
公开日2011年7月13日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者于英男, 姜磊, 戴碧君, 车向中, 韩红彬 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心