用于功率變換器的IGBT驅(qū)動(dòng)核心電路
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時(shí)間：2012-03-15
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
通過(guò)為驅(qū)動(dòng)核心電路中的門(mén)極電容充電可以控制IGBTs的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，而門(mén)極電路的充電是通過(guò)電阻來(lái)控制的。圖3是輸出部分的電路。驅(qū)動(dòng)核心電路的輸出緩沖器由來(lái)自于DC/DC變換器的＋15v/-7v供電。如果電路工作正常（無(wú)故障），則信號(hào)通過(guò)門(mén)極電阻R0傳送到IGBT的門(mén)極。圖3中的門(mén)極電阻可以分解成分別對(duì)應(yīng)于導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的RGon和RGoff兩部分。這種電路設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)就在于針對(duì)開(kāi)通過(guò)電流，關(guān)斷過(guò)電壓以及短路時(shí)的不同情況采取單獨(dú)的開(kāi)通和關(guān)斷優(yōu)化處理。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路（在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，關(guān)斷以及驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)壓導(dǎo)致?lián)舸r(shí)）具有很高的輸出性阻抗，因此門(mén)極－發(fā)射極電阻（RGE）可以防止門(mén)極電容非正常充電。
每一路輸出部分的門(mén)極充電峰值電流都可達(dá)15A。這種高脈沖輸出電流使得IGBTs的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間分短，因?yàn)镮GBT的門(mén)極電容充電非常迅速，這也意味著該驅(qū)動(dòng)電路可以驅(qū)動(dòng)大電流的IGBT模塊或并聯(lián)的IGBTs。
從本質(zhì)上來(lái)講，IGBTs開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換所需要的電荷取決于IGBT選用的技術(shù)類型，集成電路規(guī)模，直流母線電壓以及門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓。驅(qū)動(dòng)電路的輸出部分每個(gè)脈沖可以提供高達(dá)6.3uC的電荷。針對(duì)所選用的IGBT，以平均輸出電流50mA計(jì)，則開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到50kHz。因此SKYPERTM門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路足以驅(qū)動(dòng)1400A/1200V半橋IGBT模塊。
保護(hù)電路
為了保護(hù)IGBT在短路等情況下發(fā)生過(guò)載，副邊的每個(gè)輸出部分都有一個(gè)集成的實(shí)時(shí)飽和電壓監(jiān)測(cè)功能。該監(jiān)測(cè)功在一定的消隱時(shí)間（tbl，它可由外部電路來(lái)控制時(shí)間的長(zhǎng)短）后對(duì)IGBT的集電極－發(fā)射極電壓和外部可調(diào)的參考電壓（VCEstat）進(jìn)行對(duì)比，如果集電極－發(fā)射極電壓超過(guò)了參考電壓，則該路輸出立刻被關(guān)斷，并且短路電路直接將故障信號(hào)傳動(dòng)到原邊驅(qū)動(dòng)核心電路的故障存儲(chǔ)區(qū)域，在此處故障被記錄，然后所有的輸出被迅即關(guān)斷。為了阻止電路在短路的情況下再開(kāi)通，傳遞后續(xù)開(kāi)通信號(hào)的信號(hào)電路通道被互鎖，直到有復(fù)位脈沖對(duì)該電路進(jìn)行復(fù)位。在IGBT退飽和監(jiān)視中，必須考慮它的實(shí)時(shí)飽和電壓特征。在IGBT開(kāi)通的最初幾個(gè)微秒，集電極－發(fā)射極電壓遠(yuǎn)高于穩(wěn)定后的VCEsat值。因此監(jiān)測(cè)電路的響應(yīng)特征在消隱時(shí)間內(nèi)（圖4）必須與VCEsat特征圖一致。
如果驅(qū)動(dòng)電壓下降比較大，則門(mén)極驅(qū)動(dòng)與保護(hù)功能都將失效。而且功率晶體管不再完全受控。因?yàn)殚T(mén)極電壓比較低，IGBT將工作在線性區(qū)間。如果IGBT工作在線性區(qū)間，它的損耗非常大，完全有可能發(fā)生熱過(guò)載。為了確保門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的降低能夠被檢測(cè)到，驅(qū)動(dòng)電壓也受到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦電壓異常，則集成的故障存儲(chǔ)器被置位。至于電路短路的監(jiān)測(cè)情況，一旦發(fā)生短路，則故障存儲(chǔ)器既封鎖輸出電路的輸入脈沖，也封鎖設(shè)置驅(qū)動(dòng)電路故障信號(hào)的輸入脈沖。
為了避免橋臂發(fā)生短路，在電壓源電路中同一橋臂的IGBTs一定不能同時(shí)開(kāi)通。因?yàn)橛序?qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的死區(qū)時(shí)間，即使在輸入信號(hào)錯(cuò)誤時(shí)，兩路輸出也會(huì)被互鎖。
在上述標(biāo)準(zhǔn)版本的驅(qū)動(dòng)核心電路基礎(chǔ)上，我們還開(kāi)發(fā)熱一個(gè)增強(qiáng)版，它集成了其它一些功能如副邊故障輸入以及加強(qiáng)的故障管理功能，而且還加入了軟關(guān)斷技術(shù)以提高短路保護(hù)的能力。在發(fā)生短路時(shí)，該功能以比較低的速度關(guān)斷IGBT，從而降低了直流母線電壓過(guò)沖，使IGBT適應(yīng)更高的直流母線電壓。這也意味著可以提高最終的輸出功率。
連接情況
SKYPER? 驅(qū)動(dòng)核心電路適合于通過(guò)焊接或接插件與PCB進(jìn)行組裝，能夠與多種IGBT模塊進(jìn)行匹配。通過(guò)盡可能地優(yōu)化開(kāi)關(guān)特性，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的解決方案既具備標(biāo)準(zhǔn)智能功率模塊的通用功能，又不失傳統(tǒng)功率模塊的靈活性。靈活的裝配設(shè)計(jì)允許件驅(qū)動(dòng)電路直接安裝在IGBT模塊上，而且這種連接使得IGBT模塊和驅(qū)動(dòng)電路之間的連接線很短。因此這種驅(qū)動(dòng)電路為電路設(shè)計(jì)者提供了帶電勢(shì)隔離和保護(hù)功能的簡(jiǎn)單的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路。SKYPER? 可被應(yīng)用于如功率電子變換器等廣泛領(lǐng)域中。
參考文獻(xiàn)
[1] http://www.semikron.com
[2] Application Manual Power Modules, SEMIKRON International
評(píng)論