基于高速光纤环路通讯的高功率IGBT数字驱动技术

摘要

从八十年代中期发展至今，作为第四代电力电子器件的IGBT因其各种优异的性能，被越来越广泛地应用在各种中告容量功率场合。目前第四代IGBT已经能够成熟应用，而IGBT的迅猛发展又对其驱动电路和其工作环境有了很高要求，而市售的一些驱动模块则因价格高昂让很多应用者望而却步。本文在分析了IGBT的结构、工作特性和其对驱动保护电路要求的基础上，设计了一套完整的驱动保护电路，降低IGBT的失效率。同时，针对系统级应用，提出了一种电力电子领域的环路通讯策略。
　　 首先为实现IGBT的可靠驱动，对选用的IGBT芯片进行双脉冲测试观测其在实际电路中的各项性能指标，研究了用可编程逻辑芯片实现数字驱动电路的设计;在详细分析了IGBT多种故障产生原因和影响后，对其故障检测和保护电路进行了设计。
　　 其次对应用大量IGBT模块的场合，考虑到传统的点对点通讯会增加大量的光纤和光纤转接头用来传输信号，不仅会增加成本而且会使布线难度大为增加。本文首次在变流器领域提出环路通讯的策略，每个PEBB模块都只用一收和一发两根光纤转换器与外部相互联系，且主控制器中也仅存在一收、一发两个接口，减少了光纤和光纤接头使用量，在一定程度上也降低了主控制器硬件设计的工作量。对因环路通讯，不同模块间因收发时间容易产生的不一致，本文给出了详尽的分析和计算来避免IGBT驱动不一致的发生。
　　 最后详细讲述了本文所设计的大功率IGBT驱动保护模块的软件实现。结合Altera公司的Cyclone系列FPGA和MAX系列CPLD，本文成功设计了数字型的驱动电路和保护监测电路，同时使光线环路的实现变的容易。