igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第1篇
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)電路；IGBT保護(hù)；HCPL-316J
引言
絕緣門(mén)極雙極型晶體管(Isolated Gate Bi―polar Transistor簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT)是復(fù)合了功率場(chǎng)效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合器件，具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)今應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但是IGBT良好特性的發(fā)揮往往因其柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上的不合理，制約著IGBT的推廣及應(yīng)用。因此本文分析了IGBT對(duì)其柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求，設(shè)計(jì)一種可靠，穩(wěn)定的IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
IGBT驅(qū)動(dòng)電路特性及可靠性分析
門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件
IGBT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門(mén)極電路的正偏壓uGS、負(fù)偏壓-uGS。和門(mén)極電阻RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力及du／dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。其中門(mén)極正電壓UGS的變化對(duì)IGBT的開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和duddt電流有較大的影響，而門(mén)極負(fù)偏壓對(duì)關(guān)斷特性的影響較大。同時(shí)，門(mén)極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和由duGS/dt電流引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題。
根據(jù)上述分析，對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路提出以下要求和條件：
(1)由于是容性輸出輸出阻抗；因此IBGT對(duì)門(mén)極電荷集聚很敏感，驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。
(2)用低內(nèi)阻的驅(qū)動(dòng)源對(duì)門(mén)極電容充放電，以保證門(mén)及控制電壓uGS有足夠陡峭的前、后沿，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開(kāi)通后，門(mén)極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)提供足夠的功率，使IGBT不至退出飽和而損壞。
(3)門(mén)極電路中的正偏壓應(yīng)為+12～+15V；負(fù)偏壓應(yīng)為－2V～－10V。
(4)IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的電阻RG。對(duì)工作性能有較大的影響，RG較大，有利于抑制IGBT的電流上升率及電壓上升率，但會(huì)增加IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗；RG較小，會(huì)引起電流上升率增大，使IGBT誤導(dǎo)通或損壞。RG的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及IGBT的容量有關(guān)，一般在幾歐～幾十歐，小容量的IGBT其RG值較大。
(5)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì)IGBT的自保護(hù)功能。IGBT的控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開(kāi)關(guān)特性相匹配，另外，在未采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施情況下，IGBT的G-E極之間不能為開(kāi)路。
驅(qū)動(dòng)電路分類(lèi)
驅(qū)動(dòng)電路分為：分立插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路；光耦驅(qū)動(dòng)電路；厚膜驅(qū)動(dòng)電路；專(zhuān)用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)的電路采用的是光耦驅(qū)動(dòng)電路。
IGBT驅(qū)動(dòng)電路分析
隨著微處理技術(shù)的發(fā)展(包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器件)，數(shù)字信號(hào)處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)由處理器集成的PWM模塊產(chǎn)生的。而PWM接口驅(qū)動(dòng)能力及其與IGBT的接口電路的設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此本文采用Agilent公司的HCPL-316J門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦合器結(jié)合DSP TMS320F2812設(shè)計(jì)出了一種可靠的IGBT驅(qū)動(dòng)方案。
HCPL-316J特性
HCPL-316J是由Agilent公司生產(chǎn)的一種IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦合器，其內(nèi)部集成集電極發(fā)射極電壓欠飽和檢測(cè)電路及故障狀態(tài)反饋電路，為驅(qū)動(dòng)電路的可靠工作提供了保障。其特性為：兼容CMOS／TYL電平；光隔離，故障狀態(tài)反饋；開(kāi)關(guān)時(shí)間最大500ns；“軟”IGBT關(guān)斷；欠飽和檢測(cè)及欠壓鎖定保護(hù)；過(guò)流保護(hù)功能；寬工作電壓范圍(15～30V)；用戶(hù)可配置自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)關(guān)閉。DSP與該耦合器結(jié)合實(shí)現(xiàn)IGBT的驅(qū)動(dòng)，使得IGBT％，欠飽和檢測(cè)結(jié)構(gòu)緊湊，低成本且易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)滿(mǎn)足了寬范圍的安全與調(diào)節(jié)需要。
HCPL-31 6J保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)
HCPL-316J內(nèi)置豐富的IGBT檢測(cè)及保護(hù)功能，使驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)起來(lái)更加方便，安全可靠。其中下面詳述欠壓鎖定保護(hù)(UVLO)和過(guò)流保護(hù)兩種保護(hù)功能的工作原理：
(1)IGBT欠壓鎖定保護(hù)(UVLO)功能
在剛剛上電的過(guò)程中，芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時(shí)芯片有輸出會(huì)造成IGBT門(mén)極電壓過(guò)低，那么它會(huì)工作在線(xiàn)性放大區(qū)。HCPL316J芯片的欠壓鎖定保護(hù)的功能(uVLO)可以解決此問(wèn)題。當(dāng)Vcc，與VE之間的電壓值小于12V時(shí)，輸出低電平，以防止IGBT工作在線(xiàn)性工作區(qū)造成發(fā)熱過(guò)多進(jìn)而燒毀。示意圖詳見(jiàn)圖1中含UVLO部分。
(2)IGBT過(guò)流保護(hù)功能
HCPL-316J具有對(duì)IGBT的過(guò)流保護(hù)功能，它通過(guò)檢測(cè)IGBT的導(dǎo)通壓降來(lái)實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。同樣從圖上可以看出，在其內(nèi)部有固定的7V電平，在檢測(cè)電路工作時(shí)，它將檢測(cè)到的IGBTC-E極兩端的壓降與內(nèi)置的7V電平比較，當(dāng)超過(guò)7V時(shí)，HCPL-316J芯片輸出低電平關(guān)斷IGBT，同時(shí)，一個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)信號(hào)通過(guò)片內(nèi)光耦反饋給輸入側(cè)，以便于采取相應(yīng)的解決措施。在IGBT關(guān)斷時(shí)，其C-E極兩端的電壓必定是超過(guò)7V的，但此時(shí)，過(guò)流檢測(cè)電路失效，HCPL－316J芯片不會(huì)報(bào)故障信號(hào)。實(shí)際上，由于二極管的管壓降，在IGBT的C-E極間電壓不到7V時(shí)芯片就采取保護(hù)動(dòng)作。
驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)電路的主要邏輯部件是芯片HCPL一316J。它控制IGBT管的導(dǎo)通、關(guān)斷并且保護(hù)IGBT。它的輸出功能可以簡(jiǎn)略的用下面的邏輯功能表來(lái)描述。(詳見(jiàn)表1)
表格中最后一列為輸出。當(dāng)輸出為High時(shí)IGBT導(dǎo)通，否則IGBT關(guān)斷。IGBT導(dǎo)通需要同時(shí)具備最后一行的五個(gè)條件，缺一不可，即同相輸入為高；反相輸入為低；欠壓保護(hù)功能無(wú)效；未檢測(cè)到IGBT故障，無(wú)故障反饋信號(hào)或故障反饋信號(hào)已被清除。
根據(jù)上述輸出控制功能，設(shè)計(jì)電路如圖2。
整個(gè)電路板的作用相當(dāng)于一個(gè)光耦隔離放大電路。它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812)產(chǎn)生XPWMl及XCLEAR*信號(hào)輸出給HCPL一316J，同時(shí)HCPL-316J產(chǎn)生的IGBT故障信號(hào)FAULT*給控制器。同時(shí)在芯片的輸出端接了由NPN和PNP組成的推挽式輸出電路，目的是為了提高輸出電流能力，匹配IGBT驅(qū)動(dòng)要求。
當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為高電平時(shí)，推挽電路上管(T1)導(dǎo)通，下管(T2)截止，三端穩(wěn)壓塊LM7915輸出端加在IGBT門(mén)極(VGl)上，IGBTVCE，為15V，IGBT導(dǎo)通。當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為低電平時(shí)，上管(T1)截止，下管(T1)導(dǎo)通，VCE為-9V，IGBT關(guān)斷。以上就是IGBT的開(kāi)通關(guān)斷過(guò)程。
結(jié)語(yǔ)
IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有一些特殊要求，驅(qū)動(dòng)電路性能的優(yōu)劣是其可靠工作、正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在，高性能驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是其應(yīng)用的難點(diǎn)。本文詳細(xì)分析了IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路的特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)采用HCPL-316J門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦合器為核心的IBGT驅(qū)動(dòng)電路。實(shí)際中應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)Eupec公司200A／600V的低損耗IGBT模塊，取得了很好的效果。
參考文獻(xiàn)
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4郭紅霞，楊金明，IGBT的發(fā)展，電源世界，2006
igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第2篇
【關(guān)鍵詞】IGBT;驅(qū)動(dòng);保護(hù)
ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers. IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the the IGBT fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.
KEY WORDS：IGBT;drive;protection
絕緣門(mén)極雙極型晶體管（Isolated Gate Bipolar Transistor簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT）是復(fù)合了功率場(chǎng)效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合器件，具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)今應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但是IGBT 良好特性的發(fā)揮往往因其柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上的不合理，制約著IGBT的推廣及應(yīng)用。因此本文分析了IGBT對(duì)其柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求，設(shè)計(jì)一種可靠，穩(wěn)定的IGBT驅(qū)動(dòng)電路[1]。
1.IGBT驅(qū)動(dòng)電路特性及可靠性分析
IGBT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門(mén)極電路的正偏壓、負(fù)偏壓和門(mén)極電阻的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力及電流等參數(shù)有不同程度的影響。其中門(mén)極正電壓的變化對(duì)IGBT的開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和電流有較大的影響，而門(mén)極負(fù)偏壓對(duì)關(guān)斷特性的影響較大。同時(shí)，門(mén)極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和由電流引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題[2-3]。
根據(jù)上述分析，對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路提出以下要求和條件：
（1）由于是容性輸出輸出阻抗;因此IBGT對(duì)門(mén)極電荷集聚很敏感，驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。
（2）用低內(nèi)阻的驅(qū)動(dòng)源對(duì)門(mén)極電容充放電，以保證門(mén)及控制電壓有足夠陡峭的前、后沿，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開(kāi)通后，門(mén)極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)提供足夠的功率，使IGBT 不至退出飽和而損壞。
（3）門(mén)極電路中的正偏壓應(yīng)為+12～+15V;負(fù)偏壓應(yīng)為-2V～-10V。
（4）IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的電阻對(duì)工作性能有較大的影響，較大，有利于抑制IGBT 的電流上升率及電壓上升率，但會(huì)增加IGBT 的開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗;較小，會(huì)引起電流上升率增大，使IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及IGBT的容量有關(guān)，一般在幾歐～幾十歐，小容量的IGBT 其值較大。
（5）驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì)IGBT 的自保護(hù)功能。IGBT 的控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開(kāi)關(guān)特性相匹配，另外，在未采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施情況下，IGBT的 G～E 極之間不能為開(kāi)路。
2.IGBT驅(qū)動(dòng)電路分類(lèi)
根據(jù)IGBT的靜態(tài)特性、開(kāi)關(guān)暫態(tài)特性并考慮其允許的安全工作區(qū)，IGBT工作時(shí)門(mén)極驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路應(yīng)滿(mǎn)足如下基本要求：提供足夠的柵極電壓來(lái)開(kāi)通IGBT，并在開(kāi)通期間保持這個(gè)電壓;在最初開(kāi)通階段，提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電流來(lái)減少開(kāi)通損耗和保證IGBT的開(kāi)通速度;在關(guān)斷期間，提供一個(gè)反向偏置電壓來(lái)提高IGBT抗暫態(tài)的能力和抗EMI噪聲的能力并減少關(guān)斷損耗;在IGBT功率電路和控制電路之間提供電氣隔離，對(duì)IGBT逆變器，一般要求的電氣隔離為2500V以上;在短路故障發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能通過(guò)合理的柵極電壓動(dòng)作進(jìn)行IGBT保護(hù)，并發(fā)出故障信號(hào)到控制系統(tǒng)。
2.1 直接驅(qū)動(dòng)電路
如圖1所示，為了使IGBT穩(wěn)定工作，一般要求雙電源供電方式，即驅(qū)動(dòng)電路要求采用正、負(fù)偏壓的兩電源方式，輸入信號(hào)經(jīng)整形器整形后進(jìn)入放大級(jí)，放大級(jí)采用有源負(fù)載方式以提供足夠的門(mén)極電流。為消除可能出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象，IGBT 的柵射極間接入了RC網(wǎng)絡(luò)組成的阻尼濾波器。此種驅(qū)動(dòng)電路適用于小容量的IGBT。
圖1 IGBT直接驅(qū)動(dòng)電路
2.2 光電隔離驅(qū)動(dòng)電路
光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。由于IGBT是高速器件，所選用的光耦必須是小延時(shí)的高速型光耦，由控制器輸出的方波信號(hào)加在三極管的基極，驅(qū)動(dòng)光耦將脈沖傳遞至整形放大電路，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)由T1、T2組成的對(duì)管。對(duì)管的輸出經(jīng)電阻R驅(qū)動(dòng)IGBT。
圖2 IGBT直接驅(qū)動(dòng)電路
2.3 變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路
圖3是IGBT的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路。圖中的輔助MOS管是N溝道增強(qiáng)型MOS管，其漏極為D、原極為S、柵極為G。P端有正信號(hào)輸入時(shí)，變壓器的二次側(cè)電壓VGS經(jīng)二極管D1向IGBT提供開(kāi)通電壓并給門(mén)極/源極結(jié)電容C充電，這時(shí)輔助MOS管受反偏（S點(diǎn)為正，G點(diǎn)為負(fù)）而阻斷，阻斷了IGBT門(mén)極結(jié)電容C經(jīng)MOS管放電。當(dāng)P端有負(fù)信號(hào)輸入，脈沖變壓器二次側(cè)VGS>0，輔助MOS管導(dǎo)通，D、S兩點(diǎn)導(dǎo)通，抽出IGBT門(mén)極結(jié)電容C的電荷，使其關(guān)斷。
圖3 IGBT直接驅(qū)動(dòng)電路
2.4 驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路
應(yīng)用成品驅(qū)動(dòng)模塊電路來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT，可以大大提高設(shè)備的可靠性，目前市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的驅(qū)動(dòng)模塊主要有：富士的EXB840、841，三菱的M57962L，惠普的HCPL316J、3120等。這類(lèi)模塊均具備過(guò)流軟關(guān)斷、高速光耦隔離、欠壓鎖定、故障信號(hào)輸出功能。由于這類(lèi)模塊具有保護(hù)功能完善、免調(diào)試、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用這類(lèi)模塊驅(qū)動(dòng)IGBT可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品可靠性。下面以三菱的驅(qū)動(dòng)模塊M57962L為例，說(shuō)明此類(lèi)電路的工作原理。
M57962L是由日本三菱電氣公司為驅(qū)動(dòng)IGBT而設(shè)計(jì)的厚膜集成電路。M57962L內(nèi)部集成了退飽和、檢測(cè)和保護(hù)單元，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí)能快速響應(yīng)，但慢關(guān)斷IGBT，并向外部電路給出故障信號(hào)。它輸出正驅(qū)動(dòng)電壓+15V，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓-10V。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，由光耦合器、接口電路、檢測(cè)電路、定時(shí)復(fù)位電路以及門(mén)關(guān)斷電路組成。M57962L是N溝道大功率IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)電路，能驅(qū)動(dòng)600V/400A和1200V/400A的IGBT。M57962L具有如下特點(diǎn)：
（1）采用快速型光耦合器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，適合20kHz的高頻開(kāi)關(guān)運(yùn)行。光耦合器一次側(cè)已串聯(lián)限流電阻（約185Ω），可將5V的電壓直接加到輸入端，具有較高輸入、輸出隔離度（Uiso=2 500V，有效值）。
（2）采用雙電源供電方式，以確保 IGBT 可靠通斷。如果采用雙電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其輸出負(fù)柵極電壓比較高。電源電壓的極限值為+18V/-15V，般取+15V/-10V。
（3）內(nèi)部集成了短路和過(guò)電流保護(hù)電路。M57962L的過(guò)電流保護(hù)電路通過(guò)檢測(cè) IGBT 的飽和壓降來(lái)判斷是否過(guò)電流，一旦過(guò)電流，M57962L 將對(duì) IGBT實(shí)施軟關(guān)斷，并輸出過(guò)電流故障信號(hào)。
（4）輸入端為T(mén)TL門(mén)電平，適于單片機(jī)控制。信號(hào)傳輸延遲時(shí)間短，低電平轉(zhuǎn)換為高電平的傳輸延遲時(shí)間以及高電平轉(zhuǎn)換為低電平的傳輸時(shí)間都在1.5μs以下。
圖4 觸發(fā)電路總體框圖
采用M57962L驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的實(shí)際應(yīng)用電路如圖5所示。供電電源采用雙電源供電方式，正電壓+15V，負(fù)電壓-10V。當(dāng)IGBT模塊過(guò)載（過(guò)電壓、過(guò)電流），集電極電壓上升至15V以上時(shí)，隔離二極管VD1截止，模塊M57962L的1腳為15V高電平，則將5腳置為低電平，使IGBT截止，同時(shí)將8腳置為低電平，使光耦合器工作，進(jìn)而使得驅(qū)動(dòng)信號(hào)停止;穩(wěn)壓二極管VS1用于防止VD1擊穿而損壞M57962L;R1為限流電阻。VS2、VS3組成限幅器，以確保IGBT的基極不被擊穿。
圖5 觸發(fā)形成電路
3.結(jié)論
通過(guò)對(duì)IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)的分析及典型應(yīng)用電路的介紹，使大家對(duì)IGBT 的應(yīng)用有一定的了解。可作為設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路的參考。
參考文獻(xiàn)
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igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第3篇
圖2所示為驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的方案框圖，電路包含光纖發(fā)送電路、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路、驅(qū)動(dòng)器三部分。實(shí)際應(yīng)用中，IGBT與DSP控制板的安裝位置相距較遠(yuǎn)，為了增強(qiáng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，由DSP控制板發(fā)出的PWM波(電信號(hào))經(jīng)光纖發(fā)送電路轉(zhuǎn)換為光信號(hào)再經(jīng)光纖傳至驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為與IGBT驅(qū)動(dòng)器電平匹配的電信號(hào)，送給IGBT的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路要靠近IGBT驅(qū)動(dòng)器安裝，兩者通過(guò)屏蔽排線(xiàn)連接可以增加抗干擾性。驅(qū)動(dòng)器上反饋的IGBT故障信號(hào)沿與上述PWM波傳輸相反的路徑送給DSP控制板，DSP對(duì)其處理然后發(fā)出相應(yīng)保護(hù)指令。驅(qū)動(dòng)器保護(hù)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)和保護(hù)功率器件，防止意外產(chǎn)生，可立即關(guān)斷器件。
2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
2．1光纖發(fā)送電路由DSP發(fā)出的PWM信號(hào)先通過(guò)RC濾波和施 密特觸發(fā)器整形后送給后面的光纖發(fā)送電路，轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，如圖3所示。RC低通電路的參數(shù)如圖3所示，截止頻率fp=1/2πR1C1=6．8MHz，可濾除PWM波的高頻干擾，二極管D1、D2將電平鉗位在0V或5V，反相施密特觸發(fā)器74HC14輸出傳遞延遲為幾十ns。二輸入與非門(mén)SN75452的目的是為增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。光纖發(fā)送、接受器分別采用AVAGO的HFBR1521和2521，這對(duì)組合能實(shí)現(xiàn)5MBd的傳輸速率下最大20m的傳輸距離。
2．2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路接收光纖傳遞過(guò)來(lái)的PWM波信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后分成兩路送給并聯(lián)的兩個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)器。圖4為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路的部分原理圖。為了防止IGBT直通［7］，要求IGBT上、下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能同時(shí)為高電平。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路將輸入的兩路信號(hào)PWM-A，PWM-B(對(duì)應(yīng)IGBT上、下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，低電平有效)其中一路信號(hào)做“非”處理然后與另一路信號(hào)做“與非”處理，這樣，當(dāng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路輸入的兩路PWM信號(hào)同時(shí)為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路輸出PWM信號(hào)為低電平(高電平有效)，IG-BT上、下管均關(guān)斷而不會(huì)直通。IGBT發(fā)生故障時(shí)，如過(guò)流、短路和驅(qū)動(dòng)器電源欠壓等，驅(qū)動(dòng)器會(huì)反饋故障信號(hào)給驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路(圖4中的SO1、SO2)。在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路中將PWM信號(hào)與IGBT故障反饋信號(hào)SO(低電平有效)做“與”處理，這樣當(dāng)驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到IGBT故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路會(huì)封鎖PWM信號(hào)輸出(輸出低電平)，及時(shí)關(guān)斷IGBT。同時(shí)故障信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路、光纖發(fā)送電路反饋給DSP，DSP對(duì)其處理后發(fā)出相應(yīng)保護(hù)指令。
2．3驅(qū)動(dòng)器電路
2．3．1輸入信號(hào)處理2SP0320T2A0是基于CONCEPT公司的SCALE－2芯片組的驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器采用脈沖變壓器隔離，通過(guò)磁隔離把信號(hào)傳到高壓側(cè)。根據(jù)脈沖變壓器一次側(cè)二次側(cè)，芯片分為原方和副方。原方芯片有兩個(gè)重要的特點(diǎn):①芯片帶寬很高，可以響應(yīng)極高頻的信號(hào);②芯片的兩個(gè)脈沖信號(hào)INA、INB輸入跳變電平比較低，雖具有施密特特性，可是若噪聲超過(guò)這個(gè)數(shù)值，驅(qū)動(dòng)器也能響應(yīng)。在SCALE－2輸入芯片中，一般不使用窄脈沖抑制電路。但是若驅(qū)動(dòng)器前端脈沖信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)線(xiàn)傳輸時(shí)，鑒于上述噪聲干擾，窄脈沖抑制電路非常必要，然后再經(jīng)施密特觸發(fā)器CD40106，可將信號(hào)跳沿變得陡峭。門(mén)電路要就近接入INA、INB腳，如圖5所示。為提高抗干擾能力可以在接收端放置一數(shù)值較小的下拉電阻，為提高輸入信號(hào)的信噪比則可在輸入側(cè)配置電阻分壓網(wǎng)絡(luò)提高輸入側(cè)的跳變門(mén)檻，例如本來(lái)輸入電壓門(mén)檻分別為2．6V和1．3V經(jīng)電阻R1=3．3kΩ和R2=1kΩ提高到了11．18V和5．59V。
2．3．2報(bào)錯(cuò)信號(hào)的處理報(bào)錯(cuò)信號(hào)SO管腳直接連到ASIC中，其內(nèi)部為漏極開(kāi)路電路，對(duì)噪聲比較敏感，且連線(xiàn)越長(zhǎng)，對(duì)噪聲越敏感。對(duì)SO信號(hào)的處理有以下的方法:(1)SO信號(hào)必須有明確電位，最好就近上拉;(2)SO信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸時(shí)，可以配合門(mén)電路，提高電壓信號(hào)抗干擾能力，且接收端配合阻抗合適的下拉電阻;(3)SO接10Ω小電阻，再用肖特基二極管做上下箝位保護(hù)，控制器端用電阻上拉。如圖6所示對(duì)應(yīng)上述的第2種，虛線(xiàn)表長(zhǎng)線(xiàn)傳輸。
2．3．3IGBT短路保護(hù)當(dāng)IGBT發(fā)生短路時(shí)，短路電流會(huì)在短時(shí)間內(nèi)圖6報(bào)錯(cuò)信號(hào)處理達(dá)到額定電流的5倍～6倍［8］，此時(shí)必須關(guān)斷IG-BT。否則會(huì)造成IGBT不可恢復(fù)的損壞，因此為保護(hù)功率器件，需要設(shè)計(jì)保護(hù)電路。短路檢測(cè)一般用電阻或者二極管，檢測(cè)功率器件C、E的飽和壓降，圖7則為二極管檢測(cè)電路，當(dāng)IGBT發(fā)生短路時(shí)，集電極電位上升，二極管截止，VISO通過(guò)R向C充電至參考電位，相應(yīng)的比較器輸出翻轉(zhuǎn)，從而檢測(cè)到短路狀態(tài)。式中:VGLX為驅(qū)動(dòng)器的關(guān)斷電壓，2SP0320T－2A0關(guān)斷電壓為－10V，C的值推薦在100pF～1nF，R的值推薦在24kΩ～62kΩ。驅(qū)動(dòng)器短路保護(hù)原理如圖8所示(由電阻Rvce檢測(cè)短路)。其中VISO、VE、COM是由芯片內(nèi)部將副邊輸出25V電源處理出來(lái)的端口。VISO、VE之間15V，是穩(wěn)壓的，COM、VE之間－10V，是不穩(wěn)的。當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，B點(diǎn)電位從－10V開(kāi)始上升(內(nèi)部mosfet將B點(diǎn)電位箝在－10V)，IGBT集電極電位開(kāi)始下降至Vcesat(2V左右)，最終B點(diǎn)電位也達(dá)到Vcesat;當(dāng)IGBT短路后，IGBT會(huì)退出飽和區(qū)，此時(shí)A點(diǎn)電位(集電極)會(huì)迅速上升到直流母線(xiàn)電壓，A點(diǎn)通過(guò)電阻向B點(diǎn)充電，由二極管鉗位，B點(diǎn)電壓在15V左右。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后(極短的時(shí)間)，B點(diǎn)電位上升到參考電壓C點(diǎn)，比較器翻轉(zhuǎn)，IGBT被關(guān)斷。參考電壓通過(guò)電阻R2來(lái)設(shè)置，VREF=150μA•R2。由于密勒電容的存在，當(dāng)IGBT短路時(shí)，門(mén)極電位會(huì)被抬升，相應(yīng)短路電流會(huì)增大。門(mén)極鉗位電路可以將門(mén)極電位鉗住，以確保短路電流不會(huì)超過(guò)規(guī)定的范圍，一般有倆種方法:①G和E之間接一個(gè)雙向的TVS。②門(mén)極直接接一個(gè)肖特基二極管將門(mén)極鉗位在15V。IGBT發(fā)生短路時(shí)，此時(shí)關(guān)斷管子di/dt會(huì)很大，電路中的雜散電感會(huì)感應(yīng)出很高的尖峰電壓或較大的dv/dt，關(guān)斷過(guò)壓值可通過(guò)Vtr=Lsdi/dt計(jì)算，Ls表雜散電感，這些都可能損壞IGBT。有源鉗位電路［9］則可以鉗住IGBT的集電極電位，當(dāng)集電極－發(fā)射極電壓超過(guò)閾值時(shí)，部分打開(kāi)IGBT，從而令集射電壓得到抑制。有源鉗位電路一般在發(fā)生故障時(shí)才會(huì)動(dòng)作，正常時(shí)不動(dòng)作，因?yàn)樵谄骷ｊP(guān)斷時(shí)產(chǎn)生電壓尖峰不太高，但過(guò)載和發(fā)生短路時(shí)，此時(shí)關(guān)斷管子會(huì)產(chǎn)生非常高的電壓尖峰。最基本的有源鉗位電路，只需要TVS管和普通快恢復(fù)二極管即可構(gòu)成，但存在TVS管功耗大和鉗位效果不好等缺點(diǎn)，基于SCALE－2設(shè)計(jì)的AdvancedActiveClamping電路改進(jìn)了這些缺陷，鉗位的準(zhǔn)度及電路的有效性大大提高，可參考文獻(xiàn)［10］。
3實(shí)驗(yàn)波形與分析
將設(shè)計(jì)出IGBT驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用在前面所述500kW光伏逆變器上。我們用示波器分別測(cè)量一路PWM信號(hào)光纖發(fā)送板的輸出波形和光纖轉(zhuǎn)接板的輸入波形，如圖9(a)所示，測(cè)量光纖轉(zhuǎn)接板輸出波形和IGBT驅(qū)動(dòng)器輸出波形，如圖9(b)所示。同一橋臂上下管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖9(c)所示?？梢钥闯?，該驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)傳輸延遲小，跳沿陡峭，信號(hào)無(wú)失真，說(shuō)明其抗干擾能力強(qiáng)。上下管的脈沖之間明顯有一死區(qū)時(shí)間，可防止橋臂直通。采用了該驅(qū)動(dòng)電路的500kW光伏逆變器運(yùn)行狀況良好。我們測(cè)量了其約80%負(fù)載時(shí)并網(wǎng)電流波形，如圖9(d)所示，電流波形為光滑正弦波，總諧波畸變率THD＜2%。
4結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的一款大功率的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，在實(shí)際500kW的光伏逆變器中得到驗(yàn)證，驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定可靠，并具有保護(hù)作用，對(duì)整個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性起了重要的作用，可應(yīng)用于類(lèi)似大功率變流設(shè)備中，對(duì)其他驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)也具有很好的借鑒性和指導(dǎo)性。
igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第4篇
【關(guān)鍵詞】IGBT；驅(qū)動(dòng)電路，過(guò)流保護(hù)電路；IR22141芯片
前言
絕緣柵雙極型晶體管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一種由雙晶體管組成的器件，既具有柵極電壓控制快速開(kāi)關(guān)特性，又具有雙極晶體管大電流處理能力和低飽和壓降的特點(diǎn)。但是IGBT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路影響IGBT的通態(tài)壓降、開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路電流能力等參數(shù)，決定了IGBT的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性。因此在使用IGBT時(shí)，最重要的工作就是設(shè)計(jì)好驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路。
本文將從IR22141芯片簡(jiǎn)介、門(mén)極電路設(shè)計(jì)以及有源鉗位設(shè)計(jì)三個(gè)方面來(lái)敘述。
1.IR22141芯片簡(jiǎn)介
IR22141是適合于單向器半橋柵極驅(qū)動(dòng)，高柵極驅(qū)動(dòng)能力（2A源，3A接收器）和低靜態(tài)電流使自舉電源在中等功率系統(tǒng)的功率開(kāi)關(guān)應(yīng)用技術(shù)。該IR22141具有通過(guò)功率晶體管飽和檢測(cè)手段全面的短路保護(hù)。該IR22141通過(guò)關(guān)閉順利通過(guò)專(zhuān)用的軟關(guān)斷引腳的去飽和晶體管，因此防止過(guò)電壓年齡和減少電磁排放管理所有半橋故障。在多相體系IR22141驅(qū)動(dòng)程序使用一個(gè)專(zhuān)用的本地網(wǎng)絡(luò)（SY_FLT和故障/SD信號(hào)）妥善管理相-相短路溝通。系統(tǒng)控制器可以強(qiáng)制關(guān)閉或通過(guò)3.3 V兼容CMOS的I/O引腳（故障/SD）讀取設(shè)備故障狀態(tài)。為了提高從直流母線(xiàn)噪聲信號(hào)免疫力，控制和電源地使用專(zhuān)用引腳實(shí)現(xiàn)低側(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)以及。欠壓條件下浮動(dòng)，低壓電路獨(dú)立管理。圖1為利用IR22141芯片驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的典型電路連接圖。
2.門(mén)極電路設(shè)計(jì)
IGBT門(mén)極（G極）驅(qū)動(dòng)電阻器、電容器等應(yīng)該盡量靠近模塊引線(xiàn)端子放置。IGBT模塊關(guān)斷過(guò)壓較小，G極驅(qū)動(dòng)電阻無(wú)需遠(yuǎn)大于規(guī)格書(shū)給定值。如果IGBT開(kāi)通、關(guān)斷使用不同阻值的電阻，可以用二極管（最好是肖特基二極管）隔開(kāi)（如圖2所示）。該二極管還有助于加速負(fù)載短路時(shí)VCE 的退飽和，從而安全地關(guān)斷IGBT。由于IGBT模塊一般采用螺栓式引線(xiàn)端子，為減小電路的寄生電容和電感，驅(qū)動(dòng)電路板常被直接安裝在模塊上，所以溫度因素不可忽略，我們就要盡可能選用溫漂系數(shù)小的器件，比如G極驅(qū)動(dòng)電容最好選用Ⅰ類(lèi)介質(zhì)獨(dú)石電容器，這樣可以保證工作時(shí)功率器件開(kāi)關(guān)性能的穩(wěn)定。
3.有源箝位設(shè)計(jì)
IGBT工作期間難免遭受瞬時(shí)C、E之間的過(guò)電壓，特別是在器件發(fā)生短路繼而關(guān)斷的時(shí)候，因此需要一個(gè)吸收電路，比較常見(jiàn)的做法是在母線(xiàn)端加吸收電容或使用TVS作有源箝位。這里主要介紹利用TVS進(jìn)行有源箝位，如圖3中圈出部分。TVS是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種產(chǎn)品，在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下承受一個(gè)高能量的瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，工作阻抗能立即降至很低的導(dǎo)通值，允許大電流通過(guò)。TVS能承受的瞬時(shí)脈沖功率可達(dá)上千瓦，其箝位響應(yīng)時(shí)間為ps級(jí)。
4.結(jié)語(yǔ)
本文從對(duì)IR22141芯片的簡(jiǎn)介入手，大致了解了IR22141芯片的功能和特點(diǎn)。又分別介紹了門(mén)極電路設(shè)計(jì)和有源箝位設(shè)計(jì)的工作原理。設(shè)計(jì)的基于IR22141的大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)大功率的IGBT驅(qū)動(dòng)，同時(shí)從整體上來(lái)看擁有保護(hù)電路的能力，使得IGBT的應(yīng)用更加完善與安全。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種方案的合理性與有效性。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：
方昱琨（1992―），男，山東煙臺(tái)人，大學(xué)本科，研究方向：電子信息通信。
曾衛(wèi)華（1978―），男，江西人，博士研究生，研究方向：地球物理儀器。
李佳澳（1992―），女，遼寧沈陽(yáng)人，大學(xué)本科，研究方向：嵌入式編程。
余明典（1993―），女，四川巴中人，大學(xué)本科，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)研究。
igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第5篇
【關(guān)鍵詞】IGBT;驅(qū)動(dòng);米勒效應(yīng)
Abstract：In order to meet the needs of the applications，the drive circuit of the 600V/50A IGBT module has be designed，which mainly considers the effect of the Miller effect and the dV/dt on the IGBT.The amplitude of driving voltage and the driving current value of the drive circuit has be determined through the parameter analysis and calculation. The driving circuit is driven by the optocoupler isolation，power and grid protection circuit.The experimental results show that the drive circuit to obtain the IGBT output waveform is good at frequency 100KHz，meet the design requirements.
Keywords：GBT;Driver;Miller effect
引言
開(kāi)關(guān)速度、導(dǎo)通損耗以及穩(wěn)定度之間的平衡是選擇IGBT的重要因素;而穩(wěn)定可靠的IGBT驅(qū)動(dòng)電路是IGBT發(fā)揮良好開(kāi)關(guān)特性的重要保證，它可以避免在IGBT操作過(guò)程中由于信號(hào)干擾、電流或電壓不足、操作延時(shí)等各種原因造成的開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作的發(fā)生，因此IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，對(duì)IGBT的使用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。IGBT的開(kāi)通與關(guān)斷是由門(mén)級(jí)電壓控制的，所需的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)功率與IGBT的內(nèi)部參數(shù)有著緊密的關(guān)聯(lián);如何避免米勒效應(yīng)和dV/dt的影響是成功驅(qū)動(dòng)IGBT的關(guān)鍵。
1.IGBT模塊
由于實(shí)際電路的需求，所選的IGBT模塊的集電極-發(fā)射極電壓為Vecs=600V，集電極電流Inc=50A，最大門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)電壓為±20V。該IGBT模塊內(nèi)含四個(gè)IGBT構(gòu)成H橋，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示：
圖1 IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
圖2 IGBT輸出特性曲線(xiàn)圖（（Vce-Ic）
圖1中可以看到，IGBT模塊每個(gè)橋臂上都有一個(gè)IGBT和一個(gè)反并聯(lián)續(xù)流二極管組成，在使用時(shí)兩者都會(huì)產(chǎn)生損耗。
2.驅(qū)動(dòng)參數(shù)計(jì)算
2.1 門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)及電壓幅值
作為開(kāi)關(guān)型電子器件，IGBT（和MOSFET一樣）屬于電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的控制端采用高/低電平變換的PWM波，當(dāng)控制端處于高電平時(shí)IGBT處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)控制端是低電平時(shí)IGBT處于關(guān)閉狀態(tài)。
圖2為該IGBT模塊的輸出特性曲線(xiàn)，圖2中可以看到，柵極-源極電壓VGE>=9V后，流過(guò)集電極電流Ic可以達(dá)到50A以上，當(dāng)VGE>=15V時(shí)，IGBT工作在恒流區(qū)，由于Vge>17V后，門(mén)級(jí)電壓過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致IGBT飽和電流過(guò)高和開(kāi)關(guān)速度過(guò)快，增加短路的風(fēng)險(xiǎn)，因此選擇開(kāi)通門(mén)級(jí)電壓為Vge=+15V;當(dāng)關(guān)閉IGBT時(shí)，為了復(fù)合掉漂移區(qū)的殘留空穴，快速截?cái)郔GBT內(nèi)的電子流，通常給門(mén)級(jí)加反向電壓Vge<0V，以保證有效關(guān)斷IGBT;由于門(mén)極電壓不能超過(guò)±20V，因此門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)電壓幅值采用雙向電壓方式，并采用+15V（VCC）～-15V（VEE）雙向電源為驅(qū)動(dòng)電路供電。
2.2 米勒效應(yīng)
根據(jù)電容方程，IGBT驅(qū)動(dòng)電流由輸入電容的充電過(guò)程獲得：
Ig=Cin*dV/dt（公式1）
其中Cin為輸入電容，dV/dt為達(dá)到開(kāi)通電壓所需要的時(shí)間。
IGBT內(nèi)部的極間電容對(duì)IGBT的驅(qū)動(dòng)電流有很大的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)不容忽視。圖4中Cge和Cgc是IGBT內(nèi)部寄生電容，也叫極間電容，Cge為柵極和發(fā)射極之間的極間電容，Cgc是柵極和集電極之間的極間電容。從IGBT輸入輸出特性圖（圖2）可知，在柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)從低電平躍升到高電平+15V過(guò)程中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平達(dá)到10V時(shí)，IGBT就已經(jīng)穩(wěn)定打開(kāi)了;當(dāng)IGBT柵極加驅(qū)動(dòng)電壓開(kāi)通時(shí)，在柵極電壓從0V上升到10V的過(guò)程中，這些內(nèi)部存在極間寄生電容也隨之產(chǎn)生充放電過(guò)程，如圖3所示，柵極電流Ig包括I1和I2兩個(gè)部分，根據(jù)電容方程可知：
I1=Cge*dV/dt（公式2）
I2=Cgc*d（Vdc+dV）/dt（公式3）
查IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)（圖3）可知，Cge=3.10nF，Cgc=0.095nF;Vdc為輸入交流AC220V整流后獲得的直流電壓，其值為Vdc=1.41×220V=310V，IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間內(nèi)完成電容充電，dt=tdon+tr=0.023us+0.018us=41nS，帶入公式2和公式3得到：
I1=Cge×dV/dt=3.10nF×10V/41nS=756mA;
I2=Cgc×d（Vdc+10）/dt=0.095nF×（310V+10V）/41nS=741mA;
而Ig=I1+I2=756mA+741mA=1.497A，計(jì)算I2/Ig=741mA/1.497A=49.5%
可見(jiàn)，由于內(nèi)部寄生電容的充放電過(guò)程，使較小的極間電容Cgc分去了接近總柵極電流的50%的電流，這種現(xiàn)象叫米勒現(xiàn)象，是造成IGBT導(dǎo)通延時(shí)的主要原因。從公式2可以看出，在計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，輸入電容中的C2上應(yīng)乘以IGBT的增益倍數(shù)K，K=（Vdc+dV）/dV。故公式1中Cin=Cge+K*Cgc，根據(jù)此式確定柵極驅(qū)動(dòng)電流可以保證柵極有效可靠驅(qū)動(dòng)（見(jiàn)圖3）。
2.3 確定門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)電流
根據(jù)2.3的計(jì)算，考慮到驅(qū)動(dòng)電路本身消耗功率，按電流實(shí)際輸出有效率75%計(jì)算，門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)達(dá)到1.497A/75%=1.996A，因此，驅(qū)動(dòng)輸出電流達(dá)到2A可滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)要求。
3.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
IGBT控制信號(hào)是PWM波，通常由主機(jī)（或MCU）產(chǎn)生，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送IGBT柵極。為了隔離控制信號(hào)與功率信號(hào)、避免混合電路給控制信號(hào)帶來(lái)干擾而引起IGBT誤動(dòng)作，在PWM波控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路之間加光耦電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。
為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離，控制信號(hào)與功率信號(hào)兩側(cè)的輔助供電電源也應(yīng)做到隔離。如圖4所示。
圖4中，U1為光耦隔離電路，控制信號(hào)PWM波經(jīng)過(guò)光耦電路生成幅值為0V～+5V的隔離PWM信號(hào)，C2為濾波電容，R2為輸出負(fù)載電阻，C1為去耦電容;由Q1、Q2組成驅(qū)動(dòng)放大電路，該電路由VCC（+15V）和VEE（-15V）供電，將隔離后的PWM波放大成幅值為-15V～+5V（下轉(zhuǎn)第170頁(yè)）（上接第168頁(yè)）的功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送IGBT柵極。
圖5 實(shí)驗(yàn)電路
D1是鉗位二極管，它通過(guò)兩個(gè)途徑對(duì)IGBT柵極起保護(hù)作用：一方面在IGBT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中，在C-E極之間會(huì)產(chǎn)生dVec/dt（圖3），dVec/dt會(huì)通過(guò)米勒電容Cgc耦合到門(mén)極，在關(guān)斷時(shí)引起門(mén)極誤動(dòng)作，D1可以有效將門(mén)極鉗位在安全電壓范圍內(nèi);另一方面鉗位二極管增加了一個(gè)電流支路，可以旁路掉米勒電容Cgc的電流。
濾波電容C3、C5是電源去耦電容，采用容值為100nF的電容，盡可能靠近電源管腳;C5與門(mén)級(jí)電阻R3構(gòu)成門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)濾波電路，其中R3取1～10歐姆。
對(duì)于IGBT模塊，可采用四路相互隔離的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部H橋的驅(qū)動(dòng)。
4.實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
對(duì)上述驅(qū)動(dòng)電路制作電路板，取IGBT模塊橋路中的一路搭建實(shí)驗(yàn)電路（圖4），給IGBT柵極-射極加100khz的PWM波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在集電極-射極加直流母線(xiàn)電壓，用示波器兩路探頭分別測(cè)量Vge（1）和Vce（2）（圖5），測(cè)量波形結(jié)果見(jiàn)圖6所示。
圖6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
IGBT驅(qū)動(dòng)電路為圖5所示電路，從示波器波形（圖6）可以看出，IGBT打開(kāi)時(shí)，Vce=0電壓降低，IGBT關(guān)閉時(shí)Vce=Vb，開(kāi)通和關(guān)閉邏輯正確，沒(méi)有額外的開(kāi)通和關(guān)斷延時(shí)，輸出波形良好，可以用于實(shí)際應(yīng)用。
5.總結(jié)
IGBT驅(qū)動(dòng)電流在計(jì)算中應(yīng)充分考慮其極間電容，在計(jì)算中Cgc應(yīng)乘以其增益倍數(shù)后再計(jì)入IGBT輸入電容，這樣計(jì)算出來(lái)的驅(qū)動(dòng)電流值不會(huì)因米勒電容引起的大比例分流而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流不足以及由它引起的開(kāi)通延時(shí)問(wèn)題，增加合適的濾波和保護(hù)措施后可以保證IGBT應(yīng)用設(shè)計(jì)任務(wù)一次性成功完成。
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igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第6篇
關(guān)鍵詞：IGBT驅(qū)動(dòng) HCPL-316J 三相逆變電路 分立元器件
Abstract: In order to simplify the driving circuit of the power converter using discrete power devices IGBT and improve the stability and reliability of the IGBT, optical coupler HCPL-316J is employed in the driving circuit of the IGBIT. The structure and principle of the HCPL-316J is analyzed in detail. According to the requirements of the IGBT, an IGBT driving circuit base on optical coupler HCPL-316J for a three phase half bridge topology is designed. This circuit can work well in a wider voltage range with the ability of under voltage protection, over voltage protection, over current protection, etc., which can guarantee the IGBT reliable operation. The experimental results illustrate that this driving circuit has the good ability of driving and protection, and reduce the cost of the power converter.
Key words: IGBT driver, HCPL-316J, Three Phase Inverter Circuit, Discrete Power Devices
中圖分類(lèi)號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
0 引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，功率電路與功率器件作為這些應(yīng)用中的關(guān)鍵因素收到了更廣泛的重視。絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）是一種電壓控制型功率器件，其導(dǎo)通壓降低，具有較大的安全工作區(qū)間和短路承受能等特點(diǎn)使它在中功率以上的逆變器成為主流[1]-[5]。在整個(gè)電力電子系統(tǒng)中，IGBT等功率器件成本占總成本的60%以上，如何有效的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)功率器件，降低驅(qū)動(dòng)器成本是非常必要的。在分析了IGBT驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，利用HCPL-316J芯片提供的光耦隔離，過(guò)流欠壓等保護(hù)功能設(shè)計(jì)了基于分立元器件的三相逆變電路，既降低了逆變器成本又能滿(mǎn)足IGBT驅(qū)動(dòng)和保護(hù)的要求。
1驅(qū)動(dòng)電路
IGBT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門(mén)極電路的正偏壓uGS、 負(fù)偏壓-uGS和門(mén)極電阻RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力及du/dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。 其中門(mén)極正電壓uGS的變化對(duì)IGBT的開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和duGS/dt電流有較大的影響， 而門(mén)極負(fù)偏壓對(duì)關(guān)斷特性的影響較大。同時(shí)， 門(mén)極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和由duGS/dt電流引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，IGBT驅(qū)動(dòng)主要有以下幾個(gè)要求[2]-[9]：
(1) 弱電與強(qiáng)電相互隔離。
(2) 選擇合適的RG。RG較大，有利于抑制IGBT 的電流上升率及電壓上升率，但會(huì)增加IGBT 的開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗；RG較小， 會(huì)引起電流上升率增大，使IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。RG的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及IGBT 的容量有關(guān)，一般在幾歐～幾十歐， 小容量的IGBT 其RG值較大。
(3) 選擇合適的驅(qū)動(dòng)電壓。對(duì)于正向驅(qū)動(dòng)電壓，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)通或器件的損壞，過(guò)小會(huì)使器件因退出飽和區(qū)進(jìn)入線(xiàn)性區(qū)而過(guò)熱損壞。為了防止器件關(guān)斷時(shí)浪涌電流而使IGBT誤導(dǎo)通，一般采用－5v的負(fù)偏壓。
(4) IGBT快速開(kāi)通和關(guān)斷有利于提高工作頻率，減小開(kāi)關(guān)損耗。但如帶大電感負(fù)載，開(kāi)關(guān)頻率不宜太大，因?yàn)楦咚俚拈_(kāi)通關(guān)斷會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰電壓，會(huì)對(duì)器件造成損壞。
(5) 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì)IGBT的保護(hù)功能。
(6) 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供足夠的功率，使器件開(kāi)通后，IGBT不至退出飽和而損壞。
圖1為 HCPL-316J 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[10]。光耦管 LED1組成輸入控制電路, VIN+和 VIN-分別為正/負(fù)邏輯輸入端。當(dāng)輸入負(fù)邏輯信號(hào)時(shí), VIN+置為高電平, VIN-接輸入信號(hào); 反之, 當(dāng)輸入正邏輯信號(hào)時(shí), 則 VIN-置為低電平, VIN+接輸入信號(hào)。輸入信號(hào)門(mén)電路由 LED1 傳送到內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路并轉(zhuǎn)換為 IGBT 的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 光耦管 LED2 等組成故障信號(hào)控制電路, 該驅(qū)動(dòng)器 7 引腳懸空, 8 引腳接地, VCC1 和 GND1 為輸入側(cè)電源,VCC2 和 VEE 為輸出側(cè)電源,
圖1 HCPL-316J 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
VC 為推挽式輸出三極管集電極的電源可直接與 VCC2 相接, 或者串聯(lián)一只電阻 RC 以限制輸出導(dǎo)通電流, VOUT 為門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓輸出端?？梢栽诒或?qū)動(dòng)的功率器件過(guò)流或門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路自身電源發(fā)生故障時(shí),對(duì)被驅(qū)動(dòng)的 IGBT進(jìn)行快速有效地保護(hù)。該系列驅(qū)動(dòng)器具有高 dv/dt 容量; 保護(hù)功能完善; 故障記憶, 通過(guò) FAULT信號(hào)告知控制系統(tǒng); 上下互鎖,避免同一橋臂兩只 IGBT同時(shí)開(kāi)通; 柵極電阻外部可調(diào), 使用不同功率的 IGBT時(shí)都能工作在較高的開(kāi)關(guān)頻率下, 并得到高轉(zhuǎn)換效率。
由 LED2 等組成的故障保護(hù)電路, DESAT為過(guò)流檢測(cè)輸入端, 通過(guò)串聯(lián)電阻和箝位二極管與 IG-BT集電極相連。正常狀態(tài)下, 不可能檢測(cè)到過(guò)流故障, FAULT 為低電平, RS 觸發(fā)器輸出端 Q 保持低電平, 確保輸入信號(hào)通過(guò)發(fā)光二極管 LED1, 且故障信號(hào)輸出 FAULT為高電平, 復(fù)位端 RESET 對(duì)輸入通道不起作用。若 DESAT 檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)( DESAT 端電壓超過(guò) 7 V) , 則 FAULT 為高電平。該信號(hào)經(jīng)內(nèi)部邏輯一方面閉鎖驅(qū)動(dòng)器輸出及LED1 的輸入信號(hào), 另一方面使 LED2 導(dǎo)通, RS 觸發(fā)器輸出端 Q 為高電平, 故障輸出 FAULT 為低電平, 通知外部微機(jī)。當(dāng) IGBT發(fā)生過(guò)流, 驅(qū)動(dòng)器輸出電平下降, 使 IGBT 軟關(guān)斷, 以避免突然關(guān)斷時(shí)因產(chǎn)生過(guò)壓而導(dǎo)致 IGBT 損壞。另外, 由于故障輸出端 FAULT 為集電極開(kāi)路, 可實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件的FAULT并聯(lián)到微機(jī)上。
2HCPL316 芯片功能介紹
HCPL-316J是由Agilent公司生產(chǎn)的一種IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦合器， 其內(nèi)部集成集電極發(fā)射極電壓欠飽和檢測(cè)電路及故障狀態(tài)反饋電路， 為驅(qū)動(dòng)電路的可靠工作提供了保障。 其特性為：兼容CMOS/TYL電平；光隔離，故障狀態(tài)反饋； 開(kāi)關(guān)時(shí)間最大500ns； “軟” IGBT關(guān)斷；欠飽和檢測(cè)及欠壓鎖定保護(hù)；過(guò)流保護(hù)功能；寬工作電壓范圍(15～30V) ； 用戶(hù)可配置自動(dòng)復(fù)位、 自動(dòng)關(guān)閉[10]。
3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
HCPL-316的輸出功能可以簡(jiǎn)略的用下面的邏輯功能表來(lái)描述。 (詳見(jiàn)表1).依據(jù)芯片的邏輯功能和逆變電路的原理。設(shè)計(jì)了帶卸放斬波管的逆變橋功率電路（如下圖所示）的驅(qū)動(dòng)。
圖2 逆變橋功率電路
FAULT,RESET信號(hào)采用全局設(shè)置，即七路驅(qū)動(dòng)的FAULT, RESET并聯(lián)在一起使用。每一個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。
圖3基于HCPL-316J 的IGBT驅(qū)動(dòng)電路
電路中的元件參數(shù)依據(jù)驅(qū)動(dòng)條件和所驅(qū)動(dòng)的管子所決定。本文所用的功率管為FGA25N120ANTD，耐壓1200V， 結(jié)溫25°C時(shí)，耐流50A。 高壓側(cè)采用1：100的差分探頭，低壓采用普通探頭，測(cè)的驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)波形如圖4所示：
(a) 一路IGBT驅(qū)動(dòng)的光耦兩側(cè)的信號(hào)
(b) 一相橋臂IGBT的驅(qū)動(dòng)波形
圖4 驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)波形
4結(jié)論
在分析了IGBT驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，利用HCPL-316J芯片提供的光耦隔離，過(guò)流欠壓等保護(hù)功能設(shè)計(jì)了基于分立元器件的三相逆變電路。由實(shí)驗(yàn)波形可以看出，該驅(qū)動(dòng)電路能夠滿(mǎn)足IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷的動(dòng)態(tài)要求，為進(jìn)一步功率電路的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
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[10] HCPL-316J 使用手冊(cè)，．
作者簡(jiǎn)介：
igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第7篇
【關(guān)鍵詞】永磁同步電機(jī)；驅(qū)動(dòng)；負(fù)載試驗(yàn)；ACPL-38JT；IGBT
1.引言
Avago公司的ACPL-38JT是汽車(chē)IGBT用柵極驅(qū)動(dòng)光耦器，輸出電流2.5A，集成了去飽和(VCE)檢測(cè)和故障狀態(tài)反饋，滿(mǎn)足汽車(chē)電子AEC-Q100 Grade 1標(biāo)準(zhǔn)要求，可驅(qū)動(dòng)IC=150A，VCE=1200V的IGBT，最大開(kāi)關(guān)速度500ns，VCM=1，500V時(shí)15kV/μs共模抑制(CMR)能力，IGBT“軟關(guān)斷”，5-30工作電壓，工作溫度-40℃到+125℃。ACPL-38JT光電耦合器的帶滯后欠壓鎖定(UVLO)保護(hù)功能可通過(guò)強(qiáng)制降低輸出來(lái)保護(hù)IGBT免受門(mén)電壓不足的干擾。集成的IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)器專(zhuān)為增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能和可靠性并且不影響離散設(shè)計(jì)的成本、尺寸和復(fù)雜性而設(shè)計(jì)。該設(shè)備配有小尺寸16引腳(SO-16)表面貼裝，符合UL 1577，IEC/EN/DIN EN 60747-5-2和CSA工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。
ACPL-38JT主要用于絕緣IGBT/MOSFET逆變器柵極驅(qū)動(dòng)，汽車(chē)用DC/DC轉(zhuǎn)換器，AC和無(wú)刷DC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以及UPS。
因此，本文針對(duì)ACPL-38JT柵極驅(qū)動(dòng)光耦器進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于英飛凌型號(hào)為FS300R12KE3的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，并經(jīng)過(guò)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
2.逆變器原理框圖
圖1為基于A(yíng)CPL-38JT的車(chē)用永磁同步電機(jī)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制框圖。由逆變電路和主控電路組成，逆變電路為電壓源逆變器，由膜電容（該膜電容內(nèi)部集成有吸收電容）、IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路組成，由于膜電容集成有吸收電容，因此可以抑制電流紋波和換流過(guò)程中產(chǎn)生的母線(xiàn)電壓尖峰，IGBT采用英飛凌型號(hào)為FS300R12KE3模塊，該模塊為六合一模塊，如圖2所示，IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片采用ACPL-38JT。主電路由DSP、CPLD、PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路、選編解碼電路、電流電壓采樣電路、故障保護(hù)電路、CAN接口電路組成等組成。
3.基于A(yíng)CPL-38JT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
3.1 驅(qū)動(dòng)電路電源設(shè)計(jì)
ACPL-38JT驅(qū)動(dòng)芯片的引腳定義如圖3所示。為保證IGBT的可靠開(kāi)通和可靠關(guān)斷，ACPL-38JT的VCC2-VEE之間的電壓設(shè)計(jì)為24V，通過(guò)模塊電源來(lái)實(shí)現(xiàn)，IGBT的門(mén)驅(qū)動(dòng)電壓G-E設(shè)計(jì)為18V，VEE2-E設(shè)計(jì)為-6V，其實(shí)現(xiàn)通過(guò)18V的穩(wěn)壓二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路園路圖分別如圖4和圖5所示。
3.2 滯后欠壓鎖定電路和輸入互鎖電路設(shè)計(jì)
如圖6所示，為保證驅(qū)動(dòng)電路的可靠性，在電路中設(shè)計(jì)有滯后欠壓鎖定電路，當(dāng)電源電壓低于一定值是輸出滯后欠壓信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)對(duì)IGBT進(jìn)行保護(hù)。為保證輸入PWM波出現(xiàn)上下管子直通，設(shè)計(jì)了輸入互鎖電路，Q44最主要起互鎖作用，當(dāng)兩路PWM信號(hào)(同一橋臂)都為高電平時(shí)，Q44導(dǎo)通，把輸入電平拉低，使輸出端也為低電平。圖6中的互鎖信號(hào)lock1和lock2分別與另外一個(gè)38JT另一橋臂lock2和lock1相連。
3.3 U相下橋臂的驅(qū)動(dòng)電路
根據(jù)前面的分析設(shè)計(jì)了基于A(yíng)CPL-38JT的六合一的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，圖7中給出了U相下橋臂的電路原理圖，為提高電路的驅(qū)動(dòng)能力，采用推挽電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸出電壓VOUT經(jīng)過(guò)兩個(gè)快速三極管推挽輸出，使驅(qū)動(dòng)電流增大，能夠快速驅(qū)動(dòng)1200v、300A的IGBT。同時(shí)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷電阻可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，開(kāi)通電阻可在5歐和2.5歐之間選擇，關(guān)斷電阻可在5歐、2.5歐和1.6歐之間選擇。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在完成驅(qū)動(dòng)電流的基本測(cè)試后，將驅(qū)動(dòng)電路裝到IGBT上，帶上電機(jī)負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如后所述。
4.1 驅(qū)動(dòng)電壓波形中開(kāi)通過(guò)程米勒平臺(tái)考察試驗(yàn)
為了考察母線(xiàn)電壓對(duì)米勒平臺(tái)的影響規(guī)律，在母線(xiàn)電壓分別為100V和400V時(shí)靜態(tài)測(cè)試(未轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī))開(kāi)通過(guò)程的驅(qū)動(dòng)電壓波形，分別如圖8和圖9所示。母線(xiàn)電壓升高后，驅(qū)動(dòng)電壓開(kāi)通過(guò)程米勒平臺(tái)開(kāi)始出現(xiàn)變形。但是從上圖對(duì)比可以看出，該電壓“凹陷”過(guò)程并未影響開(kāi)通時(shí)間，而只是在原有應(yīng)為平臺(tái)的區(qū)段出現(xiàn)變形。
4.2 穩(wěn)態(tài)時(shí)母線(xiàn)電壓幅值對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的影響
不同電壓下穩(wěn)態(tài)時(shí)的A相上管驅(qū)動(dòng)電壓Uge如表1所示。因此，穩(wěn)態(tài)情況下，母線(xiàn)電壓幅值對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓Uge影響很小。
4.3 穩(wěn)態(tài)時(shí)電流大小對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的影響
在400V母線(xiàn)電壓下，測(cè)試不同電流下的A相上管和C相下管驅(qū)動(dòng)電壓，結(jié)果如表2所示。因此，穩(wěn)態(tài)情況下，電流大小對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓Uge影響也很小。并且不同管子的的驅(qū)動(dòng)電壓有較大差異。
4.4 電機(jī)電流波形
測(cè)試的母線(xiàn)電壓為300V時(shí)，轉(zhuǎn)速為700rpm，當(dāng)相電流升至360Arms時(shí)電流波形如圖10所示，圖中1通道為驅(qū)動(dòng)電壓波形，2通道為電機(jī)電路波形，檢測(cè)電流的過(guò)程中，對(duì)電流卡鉗的量程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所以示波器上顯示單位為毫伏。
5.結(jié)論
本文對(duì)ACPL-38JT驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)電源電路、滯后欠壓鎖定電路和輸入互鎖電路、驅(qū)動(dòng)推挽電路和驅(qū)動(dòng)電阻等電路的設(shè)計(jì)，最終完成針對(duì)英飛凌型號(hào)為FS300R12KE3的IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)帶電機(jī)負(fù)載試驗(yàn)，本文所設(shè)計(jì)的ACPL-38JT驅(qū)動(dòng)電路滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載的需求。
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[6]ACPL-38JT芯片資料.
igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第8篇
【關(guān)鍵詞】M57962L;IGBT;驅(qū)動(dòng);電路
ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers.IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the MOSFET fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.
KEY WORDS：M57962L;IGBT;drive;circuit
引言
IGBT是一種新型功率器件，即絕緣柵極雙極集體管（Isolated Gate Bipolar Transistor），是上世紀(jì)末出現(xiàn)的一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式電力電子器件。它將GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)集于一身：輸入阻抗高，開(kāi)關(guān)頻率高，工作電流大等，在變頻器、開(kāi)關(guān)電源、弧焊電源等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用[1]。
IGBT具有一個(gè)2.5V～5.0V的閥值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此IGBT對(duì)柵極電荷集聚很敏感。故驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電源的內(nèi)阻一定要小，即柵極電容充放電速度要快，以保證VGE有較陡的前后沿，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量要小。
在IGBT承受短路電流時(shí)，如果能及時(shí)關(guān)斷它，則可以對(duì)IGBT進(jìn)行有效保護(hù)。識(shí)別IGBT是否過(guò)流的方法之一，就是檢測(cè)其管壓降VCE的大小。IGBT在開(kāi)通時(shí)，若VCE過(guò)高則發(fā)生短路，需立即關(guān)斷IGBT。在過(guò)流關(guān)斷IGBT時(shí)，由于IGBT中電流幅度大，若快速關(guān)斷時(shí)，必將產(chǎn)生過(guò)高，在IGBT兩端產(chǎn)生很高的尖峰電壓，極易損壞IGBT，因此就產(chǎn)生了“軟慢關(guān)斷”方法。M57962L驅(qū)動(dòng)電路就是依照上述理論進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
1.驅(qū)動(dòng)芯片M57962L簡(jiǎn)介
M57962L是日本三菱公司生產(chǎn)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。它由光藕合器、接口電路、檢測(cè)電路、定時(shí)復(fù)位電路以及門(mén)關(guān)斷電路組成。
圖1 驅(qū)動(dòng)芯片M57962L內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖
M57962L主要有以下特點(diǎn)：（1）具有較高的輸人輸出隔離度（VISO=2500Vrms）;（2）采用雙電源供電方式，以確保IGBT可靠通斷;（3）內(nèi)有短路保護(hù)電路;（4）輸人端為T(mén)TL門(mén)電平，適于單片機(jī)控制[2]。
1.1 引腳排列及主要性能參數(shù)
M57962L驅(qū)動(dòng)器的印刷電路及外殼用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，公有14根引腳，其中②，③，④，⑦，⑨，⑩為空腳，其外型與引腳排列如圖2所示。
M57962L的主要參數(shù)列于表1中。
1.2 保護(hù)工作原理
M57962L內(nèi)部具有短路保護(hù)功能，其保護(hù)電路工作流程圖如圖3所示。檢測(cè)電路檢測(cè)到檢測(cè)輸人端①腳為15V高電平時(shí)，判定為電路短路，立即啟動(dòng)門(mén)關(guān)斷電路，將輸出端⑤腳置低電平，同時(shí)輸出誤差信號(hào)使故障輸出端⑧腳為低電平，以驅(qū)動(dòng)外接保護(hù)電路工作。經(jīng)1-2ms延時(shí)，如果檢測(cè)出輸人端 腳為高電平，則M57962L復(fù)位至初始狀態(tài)。
圖2 驅(qū)動(dòng)芯片M57962L引腳圖
表1 M57962L的主要參數(shù)
圖3 M57962L保護(hù)工作原理
2.M57962L應(yīng)用電路
圖4 IGBT驅(qū)動(dòng)電路
電源去耦電容C2～C7采用鋁電解電容器，容量為100μF/50V，R1阻值取1kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1kΩ，電源采用正負(fù)15V電源模塊分別接到M57962L的4腳與6腳，邏輯控制信號(hào)IN經(jīng)13腳輸入驅(qū)動(dòng)器M57962L。雙向穩(wěn)壓管Z1選擇為9.1V，Z2為18V，Z3為30V，防止IGBT的柵極、發(fā)射極擊穿而損壞驅(qū)動(dòng)電路，二極管采用快恢復(fù)的FR107管。
3.雙極性圖騰柱驅(qū)動(dòng)器
使用M57962L，必須選擇合適的驅(qū)動(dòng)電阻。為了改善柵極控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減小集電極電流的上升率，需要在柵極回路中串聯(lián)電阻RG，若柵極電阻過(guò)大，則IGBT的開(kāi)通與關(guān)斷能耗均增加;若柵極電阻過(guò)小則使過(guò)大可能引發(fā)IGBT的誤導(dǎo)通，同時(shí)RG上的能耗也有所增加。所以選擇驅(qū)動(dòng)電阻阻值時(shí)，要綜合考慮這兩方面的因素，并防止輸出電流IOP超過(guò)極限值5A，RG的選取可以依據(jù)公式[3]：
對(duì)大功率的IGBT模塊來(lái)說(shuō)，RGMIN數(shù)值一般按下式計(jì)算：
這是因?yàn)閷?duì)于大功率的IGBT模塊，為了平衡模塊內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)和防止內(nèi)部的振蕩，模塊內(nèi)部的各個(gè)開(kāi)關(guān)器件都會(huì)包含有柵極電阻器，數(shù)值視模塊種類(lèi)不同而不同，一般在0.75～3Ω之間，而f的數(shù)值則依靠柵極驅(qū)動(dòng)電路的寄生電感和驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)速度來(lái)決定，所以獲得的最佳辦法就是在改變 RG時(shí)監(jiān)測(cè)IOP，當(dāng)IOP達(dá)到最大值時(shí)，RG達(dá)到極限值。
但在使用中應(yīng)注意，RG不能按前面的公式計(jì)算，而要略大于。如果 RG過(guò)小會(huì)造成IGBT柵極注入電流過(guò)大，使IGBT飽和，無(wú)法關(guān)斷，即在驅(qū)動(dòng)脈沖過(guò)去的一段時(shí)間內(nèi)IGBT仍然導(dǎo)通。本設(shè)計(jì)中要驅(qū)動(dòng)IGBT為大電流的功率器件，所以在選擇RG時(shí)綜合上述的要求，選取RG為3.5Ω。
4.結(jié)論
IGBT具有開(kāi)關(guān)速度快、柵極驅(qū)動(dòng)電流小、驅(qū)動(dòng)功率大等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。針對(duì) IGBT 驅(qū)動(dòng)的實(shí)際要求，介紹了IGBT工作特性，并利用M57962L設(shè)計(jì)出一種適用的IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
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igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第9篇
關(guān)鍵詞：IGBT； VLA517； 驅(qū)動(dòng)電路； 保護(hù)電路
中圖分類(lèi)號(hào)：TG434.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2013）11-179-001
IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是一種新型復(fù)合型器件。它具有高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、耐壓高等幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT專(zhuān)用高速驅(qū)動(dòng)器VLA517是常用的集成驅(qū)動(dòng)電路，它是EXB841的改進(jìn)型。
一、VLA517的工作原理剖析
VLA517是IGBT 驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用模塊，它由放大電路、過(guò)流保護(hù)、5V基準(zhǔn)電壓和輸出等部分組成。工作電壓為+20V，采用高速光耦實(shí)現(xiàn)隔離。其結(jié)構(gòu)和工作原理如下。
（一）導(dǎo)通過(guò)程
（二）關(guān)斷過(guò)程
（三）過(guò)流保護(hù)動(dòng)作
（一）降低過(guò)流保護(hù)的閾值
在快速恢復(fù)二極管后面串接相同規(guī)格的二極管，其個(gè)數(shù)根據(jù)保護(hù)閾值而定，或者反相串接一個(gè)穩(wěn)壓管[2]，以保證在IGBT輕度過(guò)流時(shí)，就能發(fā)現(xiàn)并有效地關(guān)斷。連接電路如圖2所示，。該電路是在快恢復(fù)二極管后串聯(lián)了一個(gè)3V的穩(wěn)壓管IN4727，以降低過(guò)流保護(hù)的閾值。
（二）VLA517內(nèi)部1號(hào)和9號(hào)管腳內(nèi)的穩(wěn)壓二極管易損問(wèn)題的解決辦法
VLA517的管腳1和9間的穩(wěn)壓二極管VZ2的額定功率為0.5W，易于損壞[3]。VZ2損壞以后，1號(hào)管腳將懸空。通過(guò)設(shè)計(jì)外部電路，可以避免VZ2的損壞。具體做法是在VLA517的管腳2和9之間串接一個(gè)電阻和一個(gè)穩(wěn)壓管，利用IN4733向IGBT的E極提供的5V電位。這樣，即使VZ1已損壞，VLA517仍然可以正常使用，只需更換VZ1即可。如圖2所示，C2和R3構(gòu)成吸收回路。
圖2 改進(jìn)后的VLA517的驅(qū)動(dòng)電路圖
總之，通過(guò)降低過(guò)流保護(hù)閾值，確保了IGBT的安全性；通過(guò)外加電路改造了VLA517，使穩(wěn)壓管損壞后便于更換，因而降低了成本，使用更安全、可靠。改進(jìn)后的電路已經(jīng)用于配電網(wǎng)單項(xiàng)接地的故障信號(hào)源的發(fā)生器中。
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igbt驅(qū)動(dòng)電路范文第10篇
【關(guān)鍵詞】IGBT;驅(qū)動(dòng)電路;SKHI22AH4R;DSP
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）由于其兼具BJT和MOS管的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中備受青睞，但是目前IGBT的驅(qū)動(dòng)電路都比較復(fù)雜[1]。因此，為了保證IGBT安全穩(wěn)定的工作，對(duì)其進(jìn)行方便可靠的驅(qū)動(dòng)就成了關(guān)鍵問(wèn)題[2]。本文針對(duì)德國(guó)西門(mén)康公司SKM100GB12T4型號(hào)的IGBT模塊為例，以SKHI22AH4R型號(hào)的驅(qū)動(dòng)模塊為核心，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、功能強(qiáng)大的IGBT驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性。
一、IGBT基本特性
IGBT相當(dāng)于一個(gè)以GTR為主導(dǎo)器件，由MOSFET驅(qū)動(dòng)的器件，如圖1所示[3]。
圖1 IGBT的等效電路、器件符號(hào)
1.擎住效應(yīng)
IGBT作為四層式結(jié)構(gòu)器件，體內(nèi)存在著寄生晶閘管和短路電阻RS。而且，在短路電阻上的壓降，相當(dāng)于寄生晶閘管的正向偏置電壓。當(dāng)iC超過(guò)一定范圍值時(shí)，就會(huì)使寄生晶閘管的柵極失去控制作用，即發(fā)生擎住效應(yīng)。在IGBT關(guān)斷的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，如果IGBT發(fā)生擎住效應(yīng)，集電極電流就會(huì)增大，從而產(chǎn)生過(guò)高的功耗，導(dǎo)致IGBT器件損壞[4]。
2.米勒效應(yīng)
IGBT的柵-射極和柵-集極間存在結(jié)電容CGE和CGC，漏電感LE，IGBT在開(kāi)關(guān)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓和浪涌電流，通過(guò)結(jié)電容加在柵極回路上，從而形成干擾電壓。在IGBT關(guān)斷的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，為避免IGBT發(fā)生米勒效應(yīng)，解決辦法主要有：同一橋臂的開(kāi)關(guān)器件必須留有死區(qū)時(shí)間，避免因干擾產(chǎn)生直通;IGBT緩沖電路，來(lái)吸收尖峰過(guò)電壓[4]。
3.IGBT開(kāi)關(guān)特性及損耗
IGBT開(kāi)關(guān)器件的損耗由開(kāi)通損耗PSW（ON）、關(guān)斷損耗PSW（OFF）和通態(tài)導(dǎo)通損耗Psat三部分構(gòu)成。開(kāi)關(guān)器件的平均總損耗為：
其中tON、tOFF為IGBT開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間;Vce（sat）為IGBT通態(tài)飽和壓降;fs為開(kāi)關(guān)頻率;Vce為整流后的直流電源Ud;
因此，隨著開(kāi)關(guān)頻率的增大，尤其是在頻繁啟動(dòng)的情況下，就會(huì)發(fā)生擎住效應(yīng)、米勒效應(yīng)、開(kāi)關(guān)功耗大等問(wèn)題，導(dǎo)致IGBT極易損壞。為了保證IGBT安全穩(wěn)定的工作，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單有效的IGBT驅(qū)動(dòng)電路是十分必要的[4]。
二、SKHI22AH4R驅(qū)動(dòng)模塊介紹
綜合考慮以上問(wèn)題，針對(duì)本文選用德國(guó)西門(mén)康公司SKM100GB12T4型號(hào)的IGBT模塊，包括兩個(gè)IGBT器件，根據(jù)模塊的工作要求，柵極驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)滿(mǎn)足+15V/-7V。而且為了避免同橋臂的兩個(gè)IGBT由于同時(shí)導(dǎo)通而損壞，應(yīng)設(shè)置死區(qū)時(shí)間3.3?s。
SKHI22AH4R型號(hào)的驅(qū)動(dòng)模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。兩路驅(qū)動(dòng)輸入輸出級(jí)（輸入1、輸入2、輸出1和輸出2），可以將+15V的兩路互補(bǔ)PWM脈沖轉(zhuǎn)換成+15V/-7V的驅(qū)動(dòng)脈沖，用以直接驅(qū)動(dòng)IGBT半橋模塊。同時(shí)，內(nèi)部有VCE監(jiān)控和自動(dòng)關(guān)斷電路，可有效的進(jìn)行短路保護(hù)。而且可以通過(guò)將P9接地、P5和P6懸空或接5V來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。
圖2 SKHI22AH4內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
三、IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷是由柵-射極電壓來(lái)控制。能否真正的是實(shí)現(xiàn)智能化控制，很大程度上由驅(qū)動(dòng)電路來(lái)決定。此外，IGBT器件在開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，由于擎住效應(yīng)和米勒效應(yīng)的存在，產(chǎn)生過(guò)高損耗導(dǎo)致?lián)p壞，因此IGBT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的合理性和可靠性日益重要。
1.隔離升壓電路
由于DSP（TMS320F2812控制芯片）事件管理器輸出的PWM驅(qū)動(dòng)控制脈沖的電壓為3.3V，而驅(qū)動(dòng)模塊的輸入信號(hào)電壓為+15V。隔離升壓電路如圖3所示。
圖3 隔離升壓電路
采用6N137來(lái)實(shí)現(xiàn)3.3V到15V升壓，而且能夠達(dá)到數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的隔離效果。
2.電路
根據(jù)對(duì)IGBT柵極特性的研究，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，正的柵-射極驅(qū)動(dòng)電壓影響著IGBT的開(kāi)關(guān)功耗;負(fù)的柵-射極驅(qū)動(dòng)電壓影響著IGBT的抗干擾能力。因此本文通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的驅(qū)動(dòng)控制，正向驅(qū)動(dòng)電壓為+15V，負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓為-7V。
通過(guò)對(duì)SKHI22AH4驅(qū)動(dòng)模塊的計(jì)算，得到電路的設(shè)計(jì)參數(shù)：IGBT開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通電阻RON=3Ω，關(guān)斷電阻ROFF=3Ω，RCE=18kΩ，CCE=0.33nF，具體的電路如圖4所示。其工作模式：
1）正常工作
當(dāng)SKHI22AH4正常工作時(shí)，產(chǎn)生滿(mǎn)足IGBT模塊開(kāi)通和關(guān)斷要求的驅(qū)動(dòng)電壓。即一組互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)脈沖波，開(kāi)通電壓為+15V，關(guān)斷電壓為-7V，并且?guī)в?.33?s死區(qū)時(shí)間。
2）發(fā)生異常
當(dāng)SKHI22AH4發(fā)生異常時(shí)，VCE監(jiān)控電壓超過(guò)10V時(shí)，會(huì)給控制系統(tǒng)提供報(bào)警信號(hào)，同時(shí)鎖住驅(qū)動(dòng)脈沖。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制電壓恒定在-7V的狀態(tài)，IGBT關(guān)斷。
圖4 SKHI22AH4驅(qū)動(dòng)模塊電路
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以IGBT在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用為例[1]，通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT全橋電路的控制。
1.PWM脈沖的產(chǎn)生
通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT感應(yīng)加熱電源的智能控制[5-7]，事件管理器產(chǎn)生四路PWM脈沖，其電壓值為3.3V，頻率為20kHz。如圖5所示。其中PWM7和PWM9是移相角可調(diào)的兩路脈沖波，通過(guò)調(diào)節(jié)移相角，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷的控制。
圖5 移相角可調(diào)的PWM脈沖波形
圖6 IGBT驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)
其中PWM8和PWM7是互補(bǔ)的，控制IGBT基準(zhǔn)臂的工作，而PWM10和PWM9是互補(bǔ)的控制IGBT移相臂的工作。為了避免同橋臂的上下兩個(gè)IGBT同時(shí)開(kāi)通，損壞開(kāi)關(guān)器件，設(shè)定死區(qū)時(shí)間為3.3?s。
2.IGBT驅(qū)動(dòng)控制脈沖
以PWM7和PWM8為例，通過(guò)隔離升壓電路，產(chǎn)生兩路控制信號(hào)，再經(jīng)過(guò)SKM100GB12T4驅(qū)動(dòng)模塊，產(chǎn)生滿(mǎn)足IGBT開(kāi)關(guān)器件工作需要的=15V/-7V的驅(qū)動(dòng)電壓，其中死區(qū)時(shí)間為3.3?s。IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖6所示，導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
五、總結(jié)
本文針對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于SKHI22AH4R驅(qū)動(dòng)模塊的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，并采用DSP進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路相比，具有簡(jiǎn)單實(shí)用，響應(yīng)快，功能完善、等優(yōu)點(diǎn)，驗(yàn)證了該方案的合理性和正確性。
參考文獻(xiàn)
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