igbt驅動(dòng)電路設計

IBGT驅動(dòng)電路設計

我們設計了一種基于光耦HCPL-316J的IGBT驅動(dòng)電路。實(shí)驗證明該電路具有良好的驅動(dòng)及保護能力。下面是此IBGT驅動(dòng)電路的原理分析：
　　
　　絕緣門(mén)極雙極型晶體管(Isolated Gate Bipolar Transistor簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT)是復合了功率場(chǎng)效應管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的一種新型復合器件，具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩定性好驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單、通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點(diǎn)，因此現今應用相當廣泛。但是IGBT 良好特性的發(fā)揮往往因其柵極驅動(dòng)電路設計上的不合理，制約著(zhù)IGBT的推廣及應用。因此本文分析了IGBT對其柵極驅動(dòng)電路的要求，設計一種可靠，穩定的IGBT驅動(dòng)電路。
　　
IGBT驅動(dòng)電路特性及可靠性分析

門(mén)極驅動(dòng)條件

　　IGBT的門(mén)極驅動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門(mén)極電路的正偏壓uGS、負偏壓-uGS和門(mén)極電阻RG的大小，對IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力及du/dt電流等參數有不同程度的影響。其中門(mén)極正電壓uGS的變化對IGBT的開(kāi)通特性，負載短路能力和duGS/dt電流有較大的影響，而門(mén)極負偏壓對關(guān)斷特性的影響較大。同時(shí)，門(mén)極電路設計中也必須注意開(kāi)通特性，負載短路能力和由duGS/dt電流引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題。

　　根據上述分析，對IGBT驅動(dòng)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(mén)極電荷集聚很敏感，驅動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。

(2)用低內阻的驅動(dòng)源對門(mén)極電容充放電，以保證門(mén)及控制電壓uGS有足夠陡峭的前、后沿，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開(kāi)通后，門(mén)極驅動(dòng)源應提供足夠的功率，使IGBT不至退出飽和而損壞。

(3)門(mén)極電路中的正偏壓應為+12～+15V；負偏壓應為-2V～-10V。

(4)IGBT 驅動(dòng)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(huì )增加IGBT 的開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗；RG較小，會(huì )引起電流上升率增大，使IGBT 誤導通或損壞。RG的具體數據與驅動(dòng)電路的結構及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)驅動(dòng)電路應具有較強的抗干擾能力及對IGBT 的自保護功能。IGBT 的控制、驅動(dòng)及保護電路等應與其高速開(kāi)關(guān)特性相匹配，另外，在未采取適當的防靜電措施情況下，IGBT的G～E極之間不能為開(kāi)路。

驅動(dòng)電路分類(lèi)

　　驅動(dòng)電路分為：分立插腳式元件的驅動(dòng)電路；光耦驅動(dòng)電路；厚膜驅動(dòng)電路；專(zhuān)用集成塊驅動(dòng)電路。本文設計的電路采用的是光耦驅動(dòng)電路。

IGBT驅動(dòng)電路分析

　　隨著(zhù)微處理技術(shù)的發(fā)展(包括處理器、系統結構和存儲器件)，數字信號處理器以其優(yōu)越的性能在交流調速、運動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。一般數字信號處理器構成的控制系統， IGBT驅動(dòng)信號由處理器集成的PWM模塊產(chǎn)生的。而PWM接口驅動(dòng)能力及其與IGBT的接口電路的設計直接影響到系統工作的可靠性。因此本文采用Agilent公司的HCPL-316J門(mén)極驅動(dòng)光耦合器結合DSP TMS320F2812設計出了一種可靠的IGBT驅動(dòng)方案。

HCPL-316J特性

　　HCPL-316J是由Agilent公司生產(chǎn)的一種IGBT門(mén)極驅動(dòng)光耦合器，其內部集成集電極發(fā)射極電壓欠飽和檢測電路及故障狀態(tài)反饋電路，為驅動(dòng)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(kāi)關(guān)時(shí)間最大500ns；“軟”IGBT關(guān)斷；欠飽和檢測及欠壓鎖定保護；過(guò)流保護功能；寬工作電壓范圍(15～30V)；用戶(hù)可配置自動(dòng)復位、自動(dòng)關(guān)閉。 DSP與該耦合器結合實(shí)現IGBT的驅動(dòng)，使得IGBT VCE欠飽和檢測結構緊湊，低成本且易于實(shí)現，同時(shí)滿(mǎn)足了寬范圍的安全與調節需要。

HCPL-316J保護功能的實(shí)現

　　HCPL-316J內置豐富的IGBT檢測及保護功能，使驅動(dòng)電路設計起來(lái)更加方便，安全可靠。其中下面詳述欠壓鎖定保護(UVLO) 和過(guò)流保護兩種保護功能的工作原理：

(1)IGBT欠壓鎖定保護(UVLO)功能

　　在剛剛上電的過(guò)程中，芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時(shí)芯片有輸出會(huì )造成IGBT門(mén)極電壓過(guò)低，那么它會(huì )工作在線(xiàn)性放大區。HCPL316J芯片的欠壓鎖定保護的功能(UVLO)可以解決此問(wèn)題。當VCC與VE之間的電壓值小于12V時(shí)，輸出低電平，以防止IGBT工作在線(xiàn)性工作區造成發(fā)熱過(guò)多進(jìn)而燒毀。示意圖詳見(jiàn)圖1中含UVLO部分。