一種適用于大功率IGBT模塊串聯(lián)工作的新型驅動(dòng)電路

試驗中,我們選擇Cbmax=470nF,此時(shí)截止時(shí)間為33. 65ms。需要說(shuō)明的是,通過(guò)調整19腳的外接電阻的阻值,可以調整檢測的門(mén)限電平。

2. 4IGBT的串聯(lián)

(1)串聯(lián)IGBT電壓均衡

串聯(lián)IGBT工作的一個(gè)重要方面是對由于器件的離散特性與驅動(dòng)電路的不匹配在器件兩端引起的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)不均衡。

靜態(tài)均衡可以在IGBT的C、E兩端并聯(lián)阻值較大的電阻R4來(lái)實(shí)現,如圖4所示。通過(guò)并聯(lián)電阻的分壓,保證在IGBT關(guān)斷期間每只IGBT兩端的電壓相等。該電阻必須參考IGBT的漏電流,在此基礎上進(jìn)行合適的選擇,要使流過(guò)分壓電阻的電流比IGBT的最大漏電流大若干倍,同時(shí)要注意均壓電阻的阻值不能過(guò)分小,以免增加功率損耗。

動(dòng)態(tài)均壓電路由圖4中的D1、R1、C1組成。在IGBT開(kāi)始關(guān)斷或開(kāi)始導通時(shí),由于IGBT導通的離散性,必然有個(gè)別IGBT提前導通或提前關(guān)斷,在遲后導通和提前關(guān)斷的IGBT兩端,必然會(huì )產(chǎn)生尖峰電壓,在IGBT的兩端通過(guò)D1并聯(lián)電容C1,使尖峰電壓必須先對C1充電,這樣IGBT兩端的尖峰電壓的上升速度受到C1的限制,并可由并聯(lián)在每個(gè)IGBT兩端的C1分壓,由C1實(shí)現對動(dòng)態(tài)尖峰電壓的均衡。在IGBT導通期間,由于D1的單向導電特性, C1通過(guò)R1、IGBT將儲存的電荷放掉,以便吸收IGBT下次關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓。選擇R1時(shí)要考慮C1的放電時(shí)間常數,確定合適的阻值。

圖4IGBT的均壓電路

對于串聯(lián)IGBT來(lái)說(shuō),其動(dòng)態(tài)不均壓最為嚴重的情況是由于IGBT導通延遲時(shí)間的差異引起的,在動(dòng)態(tài)均壓效果良好的情況下, IGBT上的電壓變化將受到C1的限制。設每個(gè)IGBT能夠承擔的額外的電壓能力為△UIGBT,在串聯(lián)IGBT未完全導通時(shí)刻回路中的電流(可用IGBT完全導通時(shí)刻回路中的放電電流代替)是I,設該IGBT相對于其它IGBT的導通遲后的時(shí)間是△t,則均壓電容C1應滿(mǎn)足下式要求:

C1=I△t/△UIGBT而△UIGBT=VIGBT-UN/n

VIGBT是IGBT的額定工作電壓,UN是串聯(lián)IGBT的工作電壓,n是IGBT的串聯(lián)數量。根據上式可求出均壓電容C1,對R1的取值既要保證3R1C1≤脈沖寬度τ,以便在脈內使電容C1上的電荷通過(guò)R1放完,同時(shí)還要使其起到限流作用,即盡量取得大一些。

(2)串聯(lián)IGBT的保護

在多只IGBT串聯(lián)時(shí),將IGD515EI的34腳(SD-SOA)應接入+5V。這樣,即使某個(gè)IGBT發(fā)生故障,故障的IGBT也不會(huì )提前關(guān)斷,而是將故障信號通過(guò)光纖送給控制電路,由控制電路關(guān)斷所有IGBT的驅動(dòng)信號,所有的IGBT同時(shí)關(guān)斷,即使在出現故障的情況下也要保證串聯(lián)IGBT關(guān)斷的一致性。

為了防止IGBT柵極過(guò)壓,采用如圖1中D1、D2背對背15V穩壓管。為了防止IGBT過(guò)熱,在IGBT的散熱器上加溫度繼電器。同時(shí),采用互感器檢測通過(guò)IGBT的電流,檢測的信號送至比較器與設定的電平值相比較。電流超過(guò)設定值時(shí)就輸出過(guò)流信號,由控制電路關(guān)斷IGBT的驅動(dòng)信號。

2. 5IGD515EI使用的注意事項

(1) 10腳VCC與9腳GND之間的電容量不能比23腳Cs端與24腳COM端之間的電容容量小,并且該電容容量要小于250μF。

(2) IGD驅動(dòng)器同功率管之間連線(xiàn)應該盡量短,不能超過(guò)10cm。連接每個(gè)功率管柵極、發(fā)射極,測量腳(漏極,集電極)的引線(xiàn)應采用絞合線(xiàn)。

(3)盡量減小電路的寄生電感。在我們設計的調制器中,將驅動(dòng)電路和均壓電路設計成印制板,直接安裝在IGBT的管腳上,這樣可減小由于分布電感引起的反電勢過(guò)大現象。

(4)光纖發(fā)射端的限流電阻取值要合適,如果限流電阻偏大,光纖發(fā)射電流不夠,次級有毛草,影響模塊的輸出脈沖。

(5)模塊25腳G外接的限流電阻不宜太小(不能小于1Ω),視所驅動(dòng)的功率管決定。

(6)當給模塊提供+15V電源、無(wú)驅動(dòng)信號時(shí),IGBT的G、E之間是-15V電平。正常工作時(shí), IGBT的G、E之間脈沖如圖5所示。

圖5IGD515EI輸出的IGBT驅動(dòng)波形

3試驗結果

最初我們使用2只IGBT模塊串聯(lián)作為剛管調制器的放電開(kāi)關(guān),工作電壓為2kV,前沿0. 2μs,波形如圖6所示。該調制器連續工作數十小時(shí),輸出波形穩定可靠,證明驅動(dòng)電路參數選擇合理。將取得經(jīng)驗和試驗數據應用于10只IGBT串聯(lián),工作于8kV的剛管調制器中也取得了良好的效果,其波形與圖6類(lèi)似。

圖6調制器輸出電壓波形(500V/p, 5μs/p)