強大的數字型IGBT驅動(dòng)器

1引言

隨著(zhù)電力電子器件技術(shù)的發(fā)展，大功率器件在軌道交通、直流輸電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的市場(chǎng)迅猛發(fā)展，其中以IGBT器件表現尤為突出，在具體的應用工況中，每一個(gè)IGBT模塊都需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的驅動(dòng)器，IGBT驅動(dòng)器對IGBT的運行性能有著(zhù)重大影響[1-3]。

傳統利用模擬電路實(shí)現的IGBT驅動(dòng)器技術(shù)較成熟，運行穩定，但是由于其驅動(dòng)器各參數設置大都采用硬件實(shí)現，參數調整比較復雜，不同型號的IGBT必須設計不同的驅動(dòng)器，本文利用數字控制器對柵極控制，可以靈活的修改驅動(dòng)器的軟件參數設置，來(lái)調整IGBT工作的性能，對于不同的IGBT型號，只需要加載不同的驅動(dòng)程序，即可以解決傳統驅動(dòng)器產(chǎn)品的型號匹配問(wèn)題。

如圖1示，驅動(dòng)器主要包括：高等級隔離電源、光纖通信接口、功率放大電路、檢測保護電路、數字控制器等五部分。

2.1高等級隔離電源

高壓IGBT驅動(dòng)器設計中，電源設計是關(guān)鍵部分之一，電源的輸出功率決定了IGBT在實(shí)際工作中能夠使用的工作頻率，如果電源輸出功率不足，可能會(huì )在IGBT器件高頻工作時(shí)，出現欠壓現象，導致IGBT損耗增加，甚至造成IGBT損壞。

本設計中采用Ti公司的LM5025芯片設計反激式DC-DC電路(電路圖見(jiàn)圖2)，電路中的初級具有電流檢測軟起動(dòng)功能，當電流檢測電阻上的壓降達到0.25V時(shí)，對電源起到很好的過(guò)流保護作用。

2.2光纖通信接口

在用戶(hù)主控系統通信的接口設計上，選擇抗干擾能力強的光纖通信，防止控制信號被干擾出現誤觸發(fā)。光纖選用HFBR-1522、HFBR-2522，光纖電路如圖3。

2.3功率放大電路

選擇導通阻抗非常低的mosFET作為開(kāi)關(guān)器件，構成IGBT柵極功率輸出電路，如圖4，同時(shí)，采用多個(gè)柵極電阻切換的方式，實(shí)現不同條件下對IGBT性能的調整。在IGBT正常開(kāi)關(guān)時(shí)，可以通過(guò)調整柵極電阻來(lái)控制器件的開(kāi)關(guān)速度，達到優(yōu)化器件效率的目的。在IGBT出現工作異常時(shí)(例如短路)，可以通過(guò)調整柵極電阻來(lái)控制器件的工作狀態(tài)，防止器件損壞達到保護器件的目的。

2.4檢測保護電路

為防止IGBT器件工作中出現任何異常故障，驅動(dòng)器需要對IGBT的狀態(tài)參數進(jìn)行檢測，如果發(fā)現異常，驅動(dòng)器自動(dòng)采取保護動(dòng)作，并通知主控器。

欠壓檢測：目前各個(gè)IGBT廠(chǎng)商推薦IGBT器件工作時(shí)的柵極電壓為±15V(柵極最大承受電壓為±20V)，如果IGBT器件在工作中出現低于15V的情況，根據IGBT器件飽和壓降VCE與柵極電壓的關(guān)系(如圖5示)，隨著(zhù)柵極電壓的下降，IGBT飽和壓降會(huì )增加，造成IGBT器件損耗增加，有可能會(huì )損壞器件，所以，必須對驅動(dòng)器輸出柵極的電壓進(jìn)行檢測，如果出現欠壓開(kāi)通情況，驅動(dòng)器要立即進(jìn)行保護。同時(shí)需要注意，IGBT的短路電流與柵極電壓成正比，所以當器件開(kāi)通時(shí)柵極出現高于+15V電壓，器件如果出現故障會(huì )出現比正常工況更大的短路電流，所以驅動(dòng)器必須確保柵極開(kāi)通電壓處于合理的范圍內。

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