用于功率變換器的IGBT驅(qū)動核心電路
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通過為驅(qū)動核心電路中的門極電容充電可以控制IGBTs的開關(guān)動作，而門極電路的充電是通過電阻來控制的。圖3是輸出部分的電路。驅(qū)動核心電路的輸出緩沖器由來自于DC/DC變換器的＋15v/-7v供電。如果電路工作正常（無故障），則信號通過門極電阻R0傳送到IGBT的門極。圖3中的門極電阻可以分解成分別對應(yīng)于導(dǎo)通和關(guān)斷時的RGon和RGoff兩部分。這種電路設(shè)計的主要優(yōu)點就在于針對開通過電流，關(guān)斷過電壓以及短路時的不同情況采取單獨的開通和關(guān)斷優(yōu)化處理。
當(dāng)驅(qū)動電路（在開關(guān)轉(zhuǎn)換，關(guān)斷以及驅(qū)動電壓過壓導(dǎo)致?lián)舸r）具有很高的輸出性阻抗，因此門極－發(fā)射極電阻（RGE）可以防止門極電容非正常充電。
每一路輸出部分的門極充電峰值電流都可達(dá)15A。這種高脈沖輸出電流使得IGBTs的開通和關(guān)斷時間分短，因為IGBT的門極電容充電非常迅速，這也意味著該驅(qū)動電路可以驅(qū)動大電流的IGBT模塊或并聯(lián)的IGBTs。
從本質(zhì)上來講，IGBTs開關(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極驅(qū)動電壓。驅(qū)動電路的輸出部分每個脈沖可以提供高達(dá)6.3uC的電荷。針對所選用的IGBT，以平均輸出電流50mA計，則開關(guān)頻率可以達(dá)到50kHz。因此SKYPERTM門極驅(qū)動電路足以驅(qū)動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)生過載，副邊的每個輸出部分都有一個集成的實時飽和電壓監(jiān)測功能。該監(jiān)測功在一定的消隱時間（tbl，它可由外部電路來控制時間的長短）后對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)行對比，如果集電極－發(fā)射極電壓超過了參考電壓，則該路輸出立刻被關(guān)斷，并且短路電路直接將故障信號傳動到原邊驅(qū)動核心電路的故障存儲區(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通，傳遞后續(xù)開通信號的信號電路通道被互鎖，直到有復(fù)位脈沖對該電路進(jìn)行復(fù)位。在IGBT退飽和監(jiān)視中，必須考慮它的實時飽和電壓特征。在IGBT開通的最初幾個微秒，集電極－發(fā)射極電壓遠(yuǎn)高于穩(wěn)定后的VCEsat值。因此監(jiān)測電路的響應(yīng)特征在消隱時間內(nèi)（圖4）必須與VCEsat特征圖一致。
如果驅(qū)動電壓下降比較大，則門極驅(qū)動與保護(hù)功能都將失效。而且功率晶體管不再完全受控。因為門極電壓比較低，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)生熱過載。為了確保門極驅(qū)動電壓的降低能夠被檢測到，驅(qū)動電壓也受到實時監(jiān)測，一旦電壓異常，則集成的故障存儲器被置位。至于電路短路的監(jiān)測情況，一旦發(fā)生短路，則故障存儲器既封鎖輸出電路的輸入脈沖，也封鎖設(shè)置驅(qū)動電路故障信號的輸入脈沖。
為了避免橋臂發(fā)生短路，在電壓源電路中同一橋臂的IGBTs一定不能同時開通。因為有驅(qū)動電路產(chǎn)生的死區(qū)時間，即使在輸入信號錯誤時，兩路輸出也會被互鎖。
在上述標(biāo)準(zhǔn)版本的驅(qū)動核心電路基礎(chǔ)上，我們還開發(fā)熱一個增強版，它集成了其它一些功能如副邊故障輸入以及加強的故障管理功能，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，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)動核心電路適合于通過焊接或接插件與PCB進(jìn)行組裝，能夠與多種IGBT模塊進(jìn)行匹配。通過盡可能地優(yōu)化開關(guān)特性，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出來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)計允許件驅(qū)動電路直接安裝在IGBT模塊上，而且這種連接使得IGBT模塊和驅(qū)動電路之間的連接線很短。因此這種驅(qū)動電路為電路設(shè)計者提供了帶電勢隔離和保護(hù)功能的簡單的門極驅(qū)動電路。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
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