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          對IGBT驅(qū)動的理解

          作者: 時間:2013-09-28 來源:網(wǎng)絡 收藏


            器件如何開通和關(guān)閉,速度是快是慢,其實到如今為止,并沒有一個明確結(jié)論,最終取決實際應用環(huán)境。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/228166.htm

            一、先說開通。

            誰都知道,理論上開通速度越快,越早進入飽和去,開關(guān)損耗越小。收到實際條件所限,開通速度不能做的太快。

            1、柵極雜散電感影響

            此電感普遍存在,特別是使用磁耦合的驅(qū)動電路尤其明顯。它與柵極電容產(chǎn)生諧振,增加Rg,可以緩解此現(xiàn)象。無論是Lgs,還是Rg,都會影響開通速度,增加開關(guān)損耗。圖1。

            對IGBT驅(qū)動的理解

            圖1 柵極驅(qū)動

            2、實際電路影響

            使用合理電路,降低Lgs影響,將Rg選擇的很小,是否就解決了問題了呢?還沒有,如圖2,應用于雙管正激的拓撲。

            對IGBT驅(qū)動的理解

            圖2 應用于雙管正激的

            由于變壓器漏感Lts、磁復位引線電感Lds的存在,過高的di/dt,將造成過高的Vce(與Cce產(chǎn)生振蕩)。這些電感是很難預測的,為了提高性能,從布線上都是不斷降低它們。能量的降低使得Vce收到限制。如果不能完全解決此問題,需要增加吸收。如圖3吸收的一種。額外增加的電路需要靠近IGBT根部,否則有害無用。吸收的增加增加了損耗,它是否可以抵消由于開通速度的加快造成的影響,需要實際驗證。

            對IGBT驅(qū)動的理解

            圖3 RCD吸收

           ?。▎危╇p管正激是硬開關(guān)拓撲中,開通速度最快的一種,對應其它拓撲,比如橋式,情況更加糟糕。對于軟開關(guān),尤其是電壓軟開關(guān),增加開通速度是很好的選擇。

            二、再說關(guān)閉。

            關(guān)閉速度快慢對IGBT關(guān)閉損耗影響不大。

            有人說,快速關(guān)閉使dv/dt高,會毀壞IGBT。那看什么條件,只有很高dv/dt,IGBT開關(guān)速度跟不上時成立。小了只是負反饋作用,增加驅(qū)動上流過的電流而已。由于IGBT、母線上往往有吸收,速度受限。不易產(chǎn)生高dv/dt。真有這么高的dv/dt時,只要驅(qū)動電路輸出阻抗足夠低,并不會毀壞柵極。

            再有,筆者十幾年從沒有見過由于dv/dt過高造成IGBT失效現(xiàn)象,此種只在理論上成立的假設(shè)不要再考慮了。

            真實原因是:由于IGBT是少子器件,他不能通過關(guān)閉門極來達到快速關(guān)閉IGBT目的。因此快速關(guān)閉對它無用。

            三、說一說驅(qū)動負偏壓

            只要控制制好母線電壓瞬態(tài)過沖,IGBT負偏壓不是必須。選擇合理的功率拓撲,比如零流諧振變換器,可以最大限度降低對母線影響。

            與MOSFET一樣,負偏壓可以防止母線過高dv/dt造成門極誤導通。筆者說過本人十幾年從沒有見過由于dv/dt過高造成IGBT失效,主要是指對門極影響。

            門極驅(qū)動往往是低阻抗負載,尤其是有源驅(qū)動器,阻抗很低,抗干擾能力很強。負偏壓選擇-5V足以,當然選擇-15V未嘗不可。更高負偏壓會增加驅(qū)動損耗。

            四、再論過流保護

            1、高頻變換(不直接接負載)

            在設(shè)計電路過程中,在IGBT選擇上,幾乎都會在電流上留有余量,而保護點也往往低于IGBT的額定值。所謂3段式保護只在大于2倍額定電流作用較好。在2倍額定電流保護內(nèi)最好是直接關(guān)閉。不僅反映速度快,而且可以逐個脈沖限流。真要是用它的保護,不僅延時時間長,而且由于關(guān)閉損耗大,連續(xù)工作要不了多久不壞才怪。

            市面上幾乎所有的器都大肆宣揚所謂3段式保護,可惜在實際應用中,除非你是作為負載開關(guān)使用,此功能基本無用。即便是作為負載開關(guān),如果沒有一定條件限制,保護功能也形同虛設(shè)。

            因此,除非你設(shè)計有缺陷,否則,3段式保護無用。

            2、負載開關(guān)

            IGBT作為負載開關(guān)使用時,過流保護復雜得多。IGBT輸出電流取決于門極驅(qū)動電壓。3段式保護只在大于2倍額定電流作用較好。門極驅(qū)動電壓太高時,使得短路電流過大,由于存在閂鎖現(xiàn)象,柵極關(guān)閉不起作用。因此驅(qū)動電壓不要太高,不要過度追求導通壓降。使得3段式過流保護不起作用。一般閂鎖現(xiàn)象在輸出電流大于5倍額定電流時有可能出現(xiàn),因此如果想可靠使用3段式過流保護,電流保護點最好小于此點。

            但確定柵極電壓與短路電流的關(guān)系幾乎是不可能的。作為負載開關(guān),限制電流上升率是一個非常好的措施,它同時限制了短路時間。使短路保護可以有多種選擇,除了3段式保護(本質(zhì)上是緩關(guān)閉),直接快速關(guān)閉也可行。

            在電流小于2倍額定電流時,采用直接快速關(guān)閉的方法更有效。假設(shè)400V,100A負載開關(guān),選擇300A的IGBT作為負載開關(guān),1uH電感作為電流上升率限制。則:di/dt=400A/us。

            設(shè)100A為保護點,電流小于2倍額定電流,則:允許關(guān)閉最大延時(2*300-100)/400=1.25us。此條件不難滿足。

            即:為滿足快速關(guān)斷條件,IGBT容量選擇要足夠大,這樣換來更大的保護延時,更小的短路抑制電感。換句話說,如果將保護延時設(shè)計的很小,也可以降低短路抑制電感,降低IGBT容量。從而提高可靠性。還是上例,如果保護延時達到200ns則:實際電流關(guān)閉點:100+400*0.2=180A。如果不考慮導通損耗,采用100A的IGBT也可以滿足使用要求。

            直接快速關(guān)閉沒有大量應用的原因主要是因為驅(qū)動器的反應速度不夠快。兼顧反應速度和驅(qū)動能力的驅(qū)動器市場上極少。JD10系列可以在100ns內(nèi)關(guān)閉300A的IGBT,而關(guān)閉腳反映時間只有50ns,即便是在隔離驅(qū)動的前級關(guān)閉,也只有100ns延時。



          關(guān)鍵詞: IGBT驅(qū)動 IGBT

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