<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > EDA/PCB > 設(shè)計應(yīng)用 > IGBT驅(qū)動電路

          IGBT驅(qū)動電路

          ——
          作者:北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 彭智剛 金新民 童亦斌 梁京哲 戰(zhàn)亮宇 時間:2007-03-02 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          摘要: 本文在分析了IGBT驅(qū)動條件的基礎(chǔ)上介紹了幾種常見的IGBT,設(shè)計了一種基于光耦的IGBT。實驗證明該電路具有良好的驅(qū)動及保護(hù)能力。

          關(guān)鍵詞: ;

          引言

          絕緣門極雙極型晶體管(Isolated Gate Bipolar Transistor簡稱IGBT)是復(fù)合了功率場效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點而產(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)動電路簡單、通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點,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)動電路設(shè)計上的不合理,制約著IGBT的推廣及應(yīng)用。因此本文分析了IGBT對其柵極驅(qū)動電路的要求,設(shè)計一種可靠,穩(wěn)定的IGBT驅(qū)動電路。
            
          IGBT驅(qū)動電路特性及可靠性分析

          門極驅(qū)動條件

          IGBT的門極驅(qū)動條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動態(tài)特性。門極電路的正偏壓uGS、負(fù)偏壓-uGS和門極電阻RG的大小,對IGBT的通態(tài)電壓、開關(guān)、開關(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。其中門極正電壓uGS的變化對IGBT的開通特性,負(fù)載短路能力和duGS/dt電流有較大的影響,而門極負(fù)偏壓對關(guān)斷特性的影響較大。同時,門極電路設(shè)計中也必須注意開通特性,負(fù)載短路能力和由duGS/dt電流引起的誤觸發(fā)等問題。

          根據(jù)上述分析,對IGBT驅(qū)動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對門極電荷集聚很敏感,驅(qū)動電路必須可靠,要保證有一條低阻抗的放電回路。

          (2)用低內(nèi)阻的驅(qū)動源對門極電容充放電,以保證門及控制電壓uGS有足夠陡峭的前、后沿,使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。另外,IGBT開通后,門極驅(qū)動源應(yīng)提供足夠的功率,使IGBT不至退出飽和而損壞。

          (3)門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)動電路中的電阻RG對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,但會增加IGBT 的開關(guān)時間和開關(guān)損耗;RG較小,會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)動電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對IGBT 的自保護(hù)功能。IGBT 的控制、驅(qū)動及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開關(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極之間不能為開路。

          驅(qū)動電路分類

          驅(qū)動電路分為:分立插腳式元件的驅(qū)動電路;光耦驅(qū)動電路;厚膜驅(qū)動電路;專用集成塊驅(qū)動電路。本文設(shè)計的電路采用的是光耦驅(qū)動電路。

          IGBT驅(qū)動電路分析

          隨著微處理技術(shù)的發(fā)展(包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲器件),數(shù)字信號處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運動控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng), IGBT驅(qū)動信號由處理器集成的PWM模塊產(chǎn)生的。而PWM接口驅(qū)動能力及其與IGBT的接口電路的設(shè)計直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此本文采用Agilent公司的門極驅(qū)動光耦合器結(jié)合DSP TMS320F2812設(shè)計出了一種可靠的IGBT驅(qū)動方案。

          HCPL-316J特性

          HCPL-316J是由Agilent公司生產(chǎn)的一種IGBT門極驅(qū)動光耦合器,其內(nèi)部集成集電極發(fā)射極電壓欠飽和檢測電路及故障狀態(tài)反饋電路,為驅(qū)動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;開關(guān)時間最大500ns;“軟”IGBT關(guān)斷;欠飽和檢測及欠壓鎖定保護(hù);過流保護(hù)功能;寬工作電壓范圍(15~30V);用戶可配置自動復(fù)位、自動關(guān)閉。 DSP與該耦合器結(jié)合實現(xiàn)IGBT的驅(qū)動,使得IGBT VCE欠飽和檢測結(jié)構(gòu)緊湊,低成本且易于實現(xiàn),同時滿足了寬范圍的安全與調(diào)節(jié)需要。

          HCPL-316J保護(hù)功能的實現(xiàn)

          HCPL-316J內(nèi)置豐富的IGBT檢測及保護(hù)功能,使驅(qū)動電路設(shè)計起來更加方便,安全可靠。其中下面詳述欠壓鎖定保護(hù)(UVLO) 和過流保護(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
          在剛剛上電的過程中,芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時芯片有輸出會造成IGBT門極電壓過低,那么它會工作在線性放大區(qū)。HCPL316J芯片的欠壓鎖定保護(hù)的功能(UVLO)可以解決此問題。當(dāng)VCC與VE之間的電壓值小于12V時,輸出低電平,以防止IGBT工作在線性工作區(qū)造成發(fā)熱過多進(jìn)而燒毀。示意圖詳見圖1中含UVLO部分。

          圖1  HCPL-316J內(nèi)部原理圖

          (2)IGBT過流保護(hù)功能
          HCPL-316J具有對IGBT的過流保護(hù)功能,它通過檢測IGBT的導(dǎo)通壓降來實施保護(hù)動作。同樣從圖上可以看出,在其內(nèi)部有固定的7V電平,在檢測電路工作時,它將檢測到的IGBT C~E極兩端的壓降與內(nèi)置的7V電平比較,當(dāng)超過7V時,HCPL-316J芯片輸出低電平關(guān)斷IGBT,同時,一個錯誤檢測信號通過片內(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,其C~E極兩端的電壓必定是超過7V的,但此時,過流檢測電路失效,HCPL-316J芯片不會報故障信號。實際上,由于二極管的管壓降,在IGBT的C~E 極間電壓不到7V時芯片就采取保護(hù)動作。
            
          驅(qū)動電路方案設(shè)計

          驅(qū)動電路的主要邏輯部件是芯片HCPL-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略的用下面的邏輯功能表來描述。(詳見表1)

          表1  HCPL-316J邏輯功能表

          表格中最后一列為輸出。當(dāng)輸出為High時IGBT導(dǎo)通,否則IGBT關(guān)斷。IGBT導(dǎo)通需要同時具備最后一行的五個條件,缺一不可,即同相輸入為高;反相輸入為低;欠壓保護(hù)功能無效;未檢測到IGBT故障,無故障反饋信號或故障反饋信號已被清除。

          根據(jù)上述輸出控制功能,設(shè)計電路如圖2。

          圖2  IGBT驅(qū)動電路

          整個電路板的作用相當(dāng)于一個光耦隔離放大電路。它的核心部分是芯片HCPL-316J,其中由控制器(DSP-TMS320F2812)產(chǎn)生XPWM1及XCLEAR*信號輸出給HCPL-316J,同時HCPL-316J產(chǎn)生的IGBT故障信號FAULT*給控制器。同時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)動要求。

          當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為高電平時,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門極(VG1)上,IGBT VCE為15V,IGBT導(dǎo)通。當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為低電平時,上管(T1)截止,下管(T1)導(dǎo)通,VCE為-9V,IGBT關(guān)斷。以上就是IGBT的開通關(guān)斷過程。

          結(jié)語

          IGBT對驅(qū)動電路有一些特殊要求,驅(qū)動電路性能的優(yōu)劣是其可靠工作、正常運行的關(guān)鍵所在,高性能驅(qū)動電路的開發(fā)和設(shè)計是其應(yīng)用的難點。本文詳細(xì)分析了IGBT柵極驅(qū)動電路的特性,設(shè)計了一個采用HCPL-316J門極驅(qū)動光耦合器為核心的IBGT驅(qū)動電路。實際中應(yīng)用于驅(qū)動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)
          1. 劉志剛,葉斌,梁暉,電力電子學(xué),北京:清華大學(xué)出版社,北京交通大學(xué)出版社 2004
          2. 王兆安,黃俊,電力電子技術(shù),北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2000
          3. 王建淵,鐘彥儒,張曉濱,基于數(shù)字信號處理器的IGBT驅(qū)動電路可靠性分析與設(shè)計,應(yīng)用 2004
          4. 郭紅霞,楊金明,IGBT的發(fā)展,電源世界,2006
          5. 劉星平,李炎斌,IGBT驅(qū)動電路的研究,電氣開關(guān),2002

          電流傳感器相關(guān)文章:電流傳感器原理
          熱保護(hù)器相關(guān)文章:熱保護(hù)器原理


          評論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();