开关管驱动装置及电子设备的制作方法

本技术实施例涉及变频驱动，尤其涉及开关管驱动装置及电子设备。

背景技术：

1、目前，市场对变频器产品小型化、性价比高以及单机功率需求越来越大，基于三电平拓扑整机效率和电网友好考虑，基于开关管构建的i型三电平npc(neutral pointclamped，中性点钳位)拓扑逐渐成为主流方案。相比于两电平拓扑，三电平拓扑的电路回路寄生电感参数更大，换流路径更复杂，尤其是在大功率产品上，更大的功率意味着更大的电流，从而导致更高的电压应力，而电路发生桥臂短路或输出短路故障时，该电压应力问题尤为突出，若是不能做好故障保护，i型三电平npc拓扑中的开关管很容易因为电压应力问题而损坏，导致整机炸毁。

2、针对上述问题，相关技术中常用的短路保护方案主要包括软关断保护和有源钳位保护，但是软关断保护方式存在内管先于外管关断导致整个母线电压叠加于内管上的问题；有源钳位保护方式电路复杂、调试难度高，且存在开关管误导通导致上下桥臂短路进而导致炸机的风险。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提供一种开关管驱动装置及电子设备，旨在通过简单且易于调试的电路实现桥臂开关管的外管先于内管关断，解决i型三电平npc拓扑短路时出现的电压应力问题。

2、为实现上述目的，本技术实施例提供一种开关管驱动装置，用于驱动i型三电平npc拓扑中位于桥臂中点同一侧的外管和内管，所述开关管驱动装置包括：外管驱动模块、内管驱动模块和逻辑管理模块；

3、所述外管驱动模块的第一输入端接入外管驱动信号，所述外管驱动模块的电压检测端和输出端连接所述外管，所述内管驱动模块的第一输入端接入内管驱动信号，所述内管驱动模块的输出端连接所述内管，所述逻辑管理模块的输入端连接所述外管驱动模块的反馈端，所述逻辑管理模块的输出端分别连接所述外管驱动模块的第二输入端和所述内管驱动模块的第二输入端；

4、所述逻辑管理模块用于向所述外管驱动模块和所述内管驱动模块输出逻辑管理信号，其中，所述逻辑管理信号根据所述外管驱动模块输出的故障反馈信号确定；

5、所述外管驱动模块用于根据所述外管驱动信号和所述逻辑管理信号驱动所述外管导通或关断，还用于根据所述外管的工作状态向所述逻辑管理模块输出所述故障反馈信号；

6、所述内管驱动模块用于根据所述内管驱动信号和所述逻辑管理信号驱动所述内管导通或关断，其中，所述内管关断的时刻晚于所述外管关断的时刻；

7、在所述外管驱动模块检测到所述外管进入退饱和状态的情况下，所述外管驱动模块驱动所述外管关断，所述故障反馈信号为低电平，所述逻辑管理信号为低电平，所述内管驱动模块根据所述内管驱动信号和低电平的所述逻辑管理信号延时驱动所述内管关断。

8、可选地，所述外管驱动模块包括：第一隔离单元、第一驱动光耦和电压检测单元；

9、所述第一隔离单元的第一输入端为所述外管驱动模块的第一输入端，所述第一隔离单元的第二输入端为所述外管驱动模块的第二输入端，所述第一隔离单元的输出端连接所述第一驱动光耦的阳极，所述第一隔离单元用于根据所述外管驱动信号和所述逻辑管理信号向所述第一驱动光耦输出第一电平信号；

10、所述电压检测单元的输出端连接所述第一驱动光耦的电压检测端，所述电压检测单元的第一采样端和第二采样端作为所述外管驱动模块的电压检测端，分别连接所述外管的第一端和第二端，所述电压检测单元用于检测所述外管的第一端和第二端之间的电压；

11、所述第一驱动光耦的输出端连接所述外管的受控端，所述第一驱动光耦用于根据所述第一电平信号和所述电压检测单元的输出信号驱动所述外管导通或关断，并根据所述电压检测单元的输出信号向所述逻辑管理模块输出所述故障反馈信号。

12、可选地，所述第一隔离单元包括：第一缓冲器、第一与门、第一电阻和第二缓冲器；

13、所述第一缓冲器的输入端为所述第一隔离单元的第一输入端，所述第一缓冲器的输出端连接所述第一与门的第一输入端，所述第一与门的第二输入端为所述第一隔离单元的第二输入端，所述第一与门的输出端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第二缓冲器的输入端，所述第二缓冲器的输出端为所述第一隔离单元的输出端。

14、可选地，所述电压检测单元包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和比较二极管；

15、所述第二电阻的一端接入第一正极电压，所述第二电阻的另一端连接所述第三电阻的一端和所述比较二极管的阳极，所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的一端和所述第一电容的一端共同作为所述电压检测单元的输出端，所述比较二极管的阴极为所述电压检测单元的第一采样端，所述第四电阻的另一端和所述第一电容的另一端为所述电压检测单元的第二采样端；

16、所述电压检测单元的输出信号根据所述第一正极电压、所述外管的第一端和第二端之间的电压确定。

17、可选地，所述内管驱动模块包括：第二隔离单元和第二驱动光耦；

18、所述第二隔离单元的第一输入端为所述内管驱动模块的第一输入端，所述第二隔离单元的第二输入端为所述内管驱动模块的第二输入端，所述第二隔离单元的输出端连接所述第二驱动光耦的阳极，所述第二隔离单元用于根据所述内管驱动信号和所述逻辑管理信号向所述第二驱动光耦延时输出第二电平信号；

19、所述第二驱动光耦的输出端连接所述内管的受控端，所述第二驱动光耦的负极供电端连接所述内管的第二端，所述第二驱动光耦用于根据所述第二电平信号驱动所述内管晚于所述外管导通或关断。

20、可选地，所述第二隔离单元包括：第三缓冲器、第二与门、延时电路和第四缓冲器；

21、所述第三缓冲器的输入端为所述第二隔离单元的第一输入端，所述第三缓冲器的输出端连接所述第二与门的第一输入端，所述第二与门的第二输入端为所述第二隔离单元的第二输入端，所述第二与门的输出端连接所述延时电路的一端，所述延时电路的另一端连接所述第四缓冲器的输入端，所述第四缓冲器的输出端为所述第二隔离单元的输出端。

22、可选地，所述延时电路包括：第五电阻和第二电容；

23、所述第五电阻的一端连接所述第二与门的输出端，所述第五电阻的另一端连接所述第二电容的一端和所述第四缓冲器的输入端，所述第二电容的另一端接地。

24、可选地，所述逻辑管理模块包括：第六电阻、第三电容和第五缓冲器；

25、所述第六电阻的一端接入工作电压，所述第六电阻的另一端、所述第三电容的一端和所述第五缓冲器的输入端连接所述外管驱动模块的反馈端，所述第三电容的另一端接地，所述第五缓冲器的输出端为所述逻辑管理模块的输出端。

26、可选地，所述开关管驱动装置还包括：故障反馈模块；

27、所述故障反馈模块连接所述外管驱动模块的反馈端，所述故障反馈模块用于将所述外管的工作状态反馈至外部设备。

28、此外，为实现上述目的，本技术实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的开关管驱动装置。

29、本技术实施例提出一种开关管驱动装置及电子设备，克服了相关技术中x的问题。该开关管驱动装置用于驱动i型三电平npc拓扑中位于桥臂中点同一侧的外管和内管，包括：外管驱动模块、内管驱动模块和逻辑管理模块；外管驱动模块的第一输入端接入外管驱动信号，外管驱动模块的电压检测端和输出端连接外管，内管驱动模块的第一输入端接入内管驱动信号，内管驱动模块的输出端连接内管，逻辑管理模块的输入端连接外管驱动模块的反馈端，逻辑管理模块的输出端分别连接外管驱动模块的第二输入端和内管驱动模块的第二输入端；逻辑管理模块用于向外管驱动模块和内管驱动模块输出逻辑管理信号，其中，逻辑管理信号根据外管驱动模块输出的故障反馈信号确定；外管驱动模块用于根据外管驱动信号和逻辑管理信号驱动外管导通或关断，还用于根据外管的工作状态向逻辑管理模块输出故障反馈信号；内管驱动模块用于根据内管驱动信号和逻辑管理信号驱动内管导通或关断，其中，内管关断的时刻晚于外管关断的时刻；在外管驱动模块检测到外管进入退饱和状态的情况下，外管驱动模块驱动外管关断，故障反馈信号为低电平，逻辑管理信号为低电平，内管驱动模块驱动内管晚于外管关断。

30、本技术实施例基于合理的回路换流原理，在开关管驱动装置设计了具备检测外管是否进入退饱和状态的功能的外管驱动模块，因此能够在三电平拓扑中出现短路异常的情况下及时关断外管，解决三电平拓扑短路时出现的电压应力问题；同时，外管驱动模块还能够通过故障反馈信号和逻辑管理模块改变外管驱动模块和内管驱动模块在外管关断之后一定时间内的开关管驱动逻辑，最终实现外管关断互锁功能；此外，设计内管驱动模块不对内管的工作状态进行检测，并且在内管驱动模块中设置短暂延时，使得前述短路问题出现时能够保证内管在外管关断之后延时关断，能够有效避免内管先于外管关断导致整个母线电压叠加于内管上的问题。