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芯科普:三種IGBT驅動電路和掩護體例詳解

2020-05-29

本文側重先容三個IGBT驅動電路。驅動電路的感化是將單片機輸入的脈沖停止功率縮小,以驅動IGBT,保障IGBT的靠得住任務,驅動電路起著相當首要的感化,對IGBT驅動電路的根基請求以下:


(1) 供給恰當的正向和反向輸入電壓,使IGBT靠得住的守舊和關斷。


(2) 供給充足大的瞬態功率或剎時電流,使IGBT能敏捷成立柵控電場而導通。


(3) 盡能夠小的輸入輸入提早時辰,以進步任務效力。


(4) 充足高的輸入輸入電氣斷絕機能,使旌旗燈號電路與柵極驅動電路絕緣。


(5) 具備活絡的過流掩護才能。


驅動電路EXB841/840


EXB841 任務道理如圖1,當EXB841的14腳和15腳有10mA的電流流過1us今后IGBT普通守舊,VCE降落至3V擺布,6腳電壓被   脅迫在8V擺布,因為VS1穩壓值是13V,以是不會被擊穿,V3不導通,E點的電位約為20V,二極管VD停止,不影響V4和V5普通任務。


當 14腳和15腳無電流流過,則V1和V2導通,V2的導通使V4停止、V5導通,IGBT柵極電荷經由進程V5敏捷放電,引腳3電位降落至0V,是   IGBT柵一 射間蒙受5V擺布的負偏壓,IGBT靠得住關斷,同時VCE的敏捷回升使引腳6“懸空”。C2的放電使得B點電位為0V,則V   S1依然不導通,后續電路不舉措,IGBT普通關斷。


若有過流發生,IGBT的V CE過大使得VD2停止,使得VS1擊穿,V3導通,C4經由進程R7放電,D點電位降落,從而使IGBT的柵一射間的電壓UGE降落   ,完成慢關斷,完成對IGBT的掩護。由EXB841完成過流掩護的進程可知,EXB841鑒定過電流的首要按照是6腳的電壓,6腳的電壓不只與VCE   有關,還和二極管VD2的導通電壓Vd有關。


典范接線體例如圖2,操縱時注重以下幾點:


a、IGBT柵-射極驅動回路來回接線不能太長(普通應當小于1m),并且應當接納雙絞線接法,防止攪擾。


b、因為IGBT集電極發生較大的電壓尖脈沖,增添IGBT柵極串連電阻RG有益于其寧靜任務。可是柵極電阻RG不能太大也不能太小,若是   RG增大,則守舊關斷時辰耽誤,使得守舊能耗增添;相反,若是RG太小,則使得di/dt增添,輕易發生誤導通。


c、圖中電容C用來領受由電源毗連阻抗引發的供電電壓變更,并不是電源的供電濾波電容,普通取值為47 F。


d、6腳過電流掩護取樣旌旗燈號毗連端,經由進程快規復二極管接IGBT集電極。


e、14、15接驅動旌旗燈號,普通14腳接脈沖組成局部的地,15腳接輸入旌旗燈號的正端,15真個輸入電流普通應當小于20mA,故在15腳前加限流電阻。


f、為了保障靠得住的關斷與導通,在柵射極加穩壓二極管。


M57959L/M57962L厚膜驅動電路


M57959L/M57962L厚膜驅動電路接納雙電源(+15V,- 10V)供電,輸入負偏壓為-10V,輸入輸入電平與TTL電平兼容,配有短   路/過載掩護和 封閉性短路掩護功效,同時具備延時掩護特征。其別離合適于驅動1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其   以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驅動中小功率的IGBT時,驅動結果和各項機能表現良好,但當其任務在高頻下時,其脈沖前后沿變的較差,即信   號的最大傳輸寬度遭到限定。且厚膜外部接納印刷電路板設想,散熱不是很好,輕易因過熱形成外部器件的銷毀。


日本三菱公司的M57959L集成IGBT公用驅動芯片它能夠作為600V/200A或1200V/100A的IGBT驅動。其最高頻次也達40KHz,接納雙電源   供電(+15V和-15V)輸入電流峰值為±2A,M57959L有以下特色:


(1) 接納光耦完成電器斷絕,光耦是疾速型的,合適20KHz擺布的高頻開關運轉,光耦的原邊已串連限流電阻,可將5V電壓間接加到輸入 側。


(2) 若是接納雙電源驅動手藝,輸入負柵壓比擬高,電源電壓的極限值為+18V/-15V,普通取+15V/-10V。


(3) 旌旗燈號傳輸提早時辰短,低電平-高電平的傳輸延時和高電平-低電平的傳輸延不時辰都在1.5μs以下。


(4) 具備過流掩護功效。M57962L經由進程檢測IGBT的飽和壓降來判定IGBT是不是過流,一旦過流,M57962L就會將對IGBT實行軟關斷,并輸入過   流毛病旌旗燈號。


(5) M57959的外部規劃如圖所示,這一電路的驅動局部與EXB系列相仿,可是過流掩護方面有所差別。過流檢測仍接納電壓采樣,電路特   點是接納柵壓緩降,完成IGBT軟關斷。


防止了關斷中過電壓和大電流打擊,別的,在關斷進程中,輸入節制旌旗燈號的狀況落空感化,既掩護關斷是在封閉狀況中完成的。當掩護起頭時,當即送出毛病旌旗燈號,目標是堵截節制旌旗燈號,包含電路中別的有源器件。


SD315A集成驅動模塊


集成驅動模塊接納+15V單電源供電,外部集成有過流掩護電路,其最大的特色是具 有寧靜性、智能性與易用性。2SD315A能輸入很大的峰   值電流(最大剎時輸入電流可達±15A),具備很強的驅動才能和很高的斷絕電壓才能(4000V)。2SD315A具備兩個驅動輸入通道,合適于驅   動品級為1200V/1700V極為以上的兩個單管或一個半橋式的雙單位大功率IGBT模塊。此中在作為半橋驅動器操縱的時辰,能夠很便利地 設置死區時辰。


2SD315A外部首要有三大功效模塊組成,別離是LDI(Logic To Driver   Interface,邏輯驅動轉換接口)、IGD(Intelligent Gate   Driver,智能門極驅動)和輸入與輸入相互絕緣的DC/DC轉換器。


當外部輸入PWM旌旗燈號后,由LDI停止編碼處置,為保障旌旗燈號不受外界前提的   攪擾,處置過的旌旗燈號在進入IGD前需用高頻斷絕變壓器停止電氣斷絕。從斷絕變壓器別的一側   領受到的旌旗燈號起首在IGD單位停止解碼,并把解碼后的PWM旌旗燈號停止縮小(±15V/±15A)以驅動外接大功率IGBT。


當智能門極驅動單位IGD內的   過流和短路掩護電路檢測到IGBT發生過流和短路毛病時,由封閉時辰邏輯電路和狀況確認電路發生呼應的呼應時辰和封閉時辰,并把此時的狀況旌旗燈號停止編碼送   到邏輯節制單位LDI。LDI單位對傳遞來的IGBT任務狀況旌旗燈號停止解碼處置,使之在節制回路中得以處置。為防止2SD315A的兩路輸入驅動旌旗燈號相互   攪擾,由DC/DC轉換器供給相互斷絕的電源供電。


2SD315操縱時注重事變:


a、任務形式


驅動模塊的形式挑選端MOD外接+15V電源,輸入引腳RC1和RC2接地,為間接任務形式。邏輯節制電平接納+15V,旌旗燈號輸入管腳InA、 InB連   接在一起領受來自單片機的脈沖旌旗燈號。2SD315A的SO1和SO2兩盡管腳輸入通道的任務狀況。當MOD接地時,MOD接地。凡是半橋形式都是驅動一個   直流母線上的一個橋臂,為防止高低橋臂縱貫必須設置死區時辰,在死區時辰里兩個 管子同時關斷。是以,RC   1、RC2端子必須按照請求外接RC收集來發生死區時辰,死區時辰普通能夠從100n,到幾個ms。圖中所示的RC 1、   RC2別離毗連lOk.的電阻和100pF的電容,如許發生的死區時辰約莫是500ns.


b、端口VL/Reset


這個端子是用來界說具備施密特征質的輸入InA和InB的,使得輸入在2/3VL時守舊,在I/3 VL時作為關斷旌旗燈號。當PWM旌旗燈號是TTL電日常平凡,   該端子毗連如圖3-5所示,當輸入InA和InB旌旗燈號為15V的時辰,該端子應當經由進程一個約莫1K擺布的電阻毗連到++15V電源上,如許開啟和關斷電壓   別離應當是lov和5V。別的,輸入UL/Reset端另有別的的功效:若是其接地,則邏輯驅動接口單位l.DI001內的毛病信息被斷根。


c、門極輸入端


門極輸入Gx端子接電力半導體的門極,當SCALE驅動器用15V供電的時辰,門極輸入土15V.負的門極電壓由驅動器外部發生。操縱如圖3-6   規劃的電路能夠完成守舊和關斷的速率的不一樣,增添了用戶操縱的矯捷性。


d、規劃和布線


驅動器應當盡能夠近的和功率半導體放在一起,如許從驅動器到電力晶體管的引線就會盡能夠的短,普通來講驅動器的連線盡可能不要長   過10厘米。同時普通請求到集電極和發射極的引線接納絞合線,另有能夠在IGBT的門極和發射極之間毗連一對齊納穩壓二極管(15~18V)   來掩護IGBT不會被擊穿。


驅動模塊的形式挑選端MOD外接+15V電源,輸入引腳RC1和RC2接地,為間接任務形式。邏輯節制電平接納+15V,旌旗燈號輸入管腳InA、 InB連   接在一起領受來自單片機的脈沖旌旗燈號,停止同步節制。2SD315A的SO1和SO2兩盡管腳外接三極管和光耦用來向單片機輸入兩輸入通道的   任務狀況,其輸入端規劃皆為集電極開路輸入,能夠經由進程外接上拉電阻以合用于各類電平邏輯。 在管腳SO1、SO2和電源之間和VisoX   和LSX之間加發光二極管停止毛病唆使。普通環境下SO1和SO2輸入皆為高電平,上電后D3和D4先亮,延時幾秒后燃燒,同時D8和D15發亮。


當檢測到毛病旌旗燈號時,SO1和SO2的輸入電平被拉低到地,即D3和D4發亮,同時D8和D15閃灼。2SD315A是經由進程監測UCE(sat)來   判定回路是不是 短路和過流,當檢測到一起或兩路發生過流景象時,檢測電路會把非常狀況回饋到驅動模塊,驅動模塊外部會發生一個毛病旌旗燈號并將它   鎖存,鎖存時辰為1s,在這段時辰內,驅動模塊不再輸入旌旗燈號,而是將兩組IGBT實時關斷予以掩護。同時,狀況輸入管腳SO1和SO2的高電平   被拉低,光耦TLP521導通,兩路狀況旌旗燈號經由進程或門74LS32送給單片機。為防止因關斷速率太快在IGBT的集電極上發生很高的反電動勢,在門極輸入   端接納如圖所示的電路規劃完成守舊和關斷速率的差別。守舊時門極電阻為3.4Ω,關斷時電阻為6.8Ω,二極管接納快恢 復型,如許就使關斷速率降落到寧靜程度。


IGBT短路生效機理


IGBT負載短路下的幾種效果:


(1) 跨越熱極限:半導體的本征溫度極限為250℃,當結溫跨越本征溫度,器件將損失阻斷才能,IGBT負載短路時,因為短路電流時結溫升   高,一旦跨越其熱極限時,門級掩護也呼應生效。


(2) 電流擎住效應:普通任務電流下,IGBT因為薄層電阻Rs很小,不電流擎住景象,但在短路狀況下,因為短路電流很大,當Rs上的壓降   高于0.7V時,使J1正偏,發生電流擎住,門級便落空電壓節制。


(3) 關斷過電壓:為了按捺短路電流,當毛病發生時,節制電路當即撤去正門級電壓,將IGBT關斷,短路電流呼應降落。因為短路電流大,   是以,關斷中電流降落率很高,在布線電感中將感生很高的電壓,特別是在器件內封裝引線電感上的這類感到電壓很難按捺,它將使器件有過電流變為關斷過電壓而 生效。


IGBT過流掩護體例


(1) 減壓法:是指在毛病呈現時,降落門級電壓。因為短路電流比例于外加正門級電壓Ug1,是以在毛病時,可將正門級電壓降落。


(2) 堵截脈沖體例:因為在過流時,Uce電壓降低,咱們操縱檢測集電極電壓的體例來判定是不是過流,若是過流,就堵截觸發脈沖。同時盡   量接納軟關斷體例,減緩短路電流的降落率,防止發生過電壓形成對IGBT的破壞。


來歷:電子電力網


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