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用于功率變換器的IGBT驅動(dòng)核心電路
作者：
時(shí)間：2012-03-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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除了功率模塊以外，每個(gè)電力電子系統都還有另外一個(gè)關(guān)鍵部件――就是IGBT驅動(dòng)電路，它們是功率晶體管和控制器之間非常重要的接口電路。因此，選擇適當的驅動(dòng)電路就和逆變器整體方案的可靠性緊密相關(guān)。與此同時(shí)，驅動(dòng)電路還應該具備最廣泛的系統適應性和用戶(hù)接口友好性。
例如，在一個(gè)電力電子逆變器中，微控制器提供系統正確運行所需要的數字信號。IGBT驅動(dòng)電路的功能就是將來(lái)自于微控制器的信號轉換成具有足夠功率的驅動(dòng)信號，來(lái)保證IGBTs安全地關(guān)斷與開(kāi)通。另一方面，IGBT驅動(dòng)電路為微控制器和功率晶體管之間的電壓提供電氣隔離。為了在系統出現故障時(shí)功率模塊得到正確和有效的保護，保護功能也被集成到驅動(dòng)電路中上。
因此用于IGBT功率模塊上的驅動(dòng)電路必須能夠完成門(mén)極驅動(dòng)和模塊保護功能。它們還必須能為控制部分和功率半導體之間提供電氣隔離，并滿(mǎn)足多種不同型號IGBT的驅動(dòng)要求。為了滿(mǎn)足上述要求，必須對現有的門(mén)極驅動(dòng)電路進(jìn)行優(yōu)化。具體地說(shuō)，就是必須在諸多因素如功能，靈活性以及性?xún)r(jià)比之間尋求最優(yōu)平衡，所幸的是，在新的門(mén)極驅動(dòng)電路SKYPERTM中我們做到了這一點(diǎn)。
結構
圖1是SKYPERTM 驅動(dòng)電路的原理框圖。該電路是一個(gè)半橋電路，它具備基本驅動(dòng)電路所有的功能，如電勢隔離，保護功能如VCE監測，短脈沖抑制，欠壓監測以及死區時(shí)間。通過(guò)使用特定用途集成電路（ASICs芯片）以及基于基本驅動(dòng)器功能的驅動(dòng)器設計，它需要的元器件比傳統的驅動(dòng)電路要少得多。
驅動(dòng)器核心電路在＋15v穩壓電源下工作并處理15v數字控制信號。
圖一 SKYPER?的原理框圖
電源隔離
電源隔離最重要的要求就是必須具有很高的隔離電壓和足夠高的dv/dt。通過(guò)從原邊到副邊使用pF級的小容量耦合電容就可以得到高的dv/dt。這也會(huì )減小在功率半導體開(kāi)關(guān)轉換時(shí)由位移電流導致的信號發(fā)射干擾。就逆變器而言，IGBTs的快速開(kāi)關(guān)會(huì )導致比較大的電壓階躍（高dv/dt值）。因此有必要考慮噪聲信號可能會(huì )影響到控制信號。這些噪聲信號可以通過(guò)電氣隔離器件的耦合電容到達控制系統。
在上圖所示的驅動(dòng)核心電路中，（副邊的）功率開(kāi)關(guān)管與（原邊的）信號電路被磁性變壓器隔離，磁性變壓器還傳遞驅動(dòng)信號，驅動(dòng)電流能量以及故障信號。這意味著(zhù)驅動(dòng)核心電路適用于電壓達1700V的IGBTs。
使用信號變壓器（脈沖變壓器）不僅可以提供高質(zhì)量的電氣隔離，它在原邊與副邊間還有很高的dv/dt(50kv/us)。與光耦構成的驅動(dòng)電路不一樣的是，信號變壓器可靠性好，而且能夠進(jìn)行信號的雙向傳遞。
鐵氧體隔離變壓器為驅動(dòng)電路的副邊提供驅動(dòng)信號，并提供驅動(dòng)IGBTs開(kāi)關(guān)動(dòng)作所需要的能量。圖2是DC/DC變換器的電路圖。信號發(fā)生電路被集成到專(zhuān)用的ASIC芯片當中。通過(guò)兩路互補的500kHz同步脈沖信號TRP和TRN輸出，分別驅動(dòng)一個(gè)p溝道MOSFET和一個(gè)n溝道MOSFET。為了防止上下橋臂的兩個(gè)互補MOSFETs同時(shí)導通發(fā)生短路，15v脈沖信號采用互鎖設計 。在副邊采用了整流和穩壓電路設計以產(chǎn)生一路正電壓和一路負電壓。由于集成的DC/DC變換器，就不再需要外部的隔離電源。
圖2 DC/DC變換器原邊
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