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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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輸出電路部分
通過(guò)為驅動(dòng)核心電路中的門(mén)極電容充電可以控制IGBTs的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，而門(mén)極電路的充電是通過(guò)電阻來(lái)控制的。圖3是輸出部分的電路。驅動(dòng)核心電路的輸出緩沖器由來(lái)自于DC/DC變換器的＋15v/-7v供電。如果電路工作正常（無(wú)故障），則信號通過(guò)門(mén)極電阻R0傳送到IGBT的門(mén)極。圖3中的門(mén)極電阻可以分解成分別對應于導通和關(guān)斷時(shí)的RGon和RGoff兩部分。這種電路設計的主要優(yōu)點(diǎn)就在于針對開(kāi)通過(guò)電流，關(guān)斷過(guò)電壓以及短路時(shí)的不同情況采取單獨的開(kāi)通和關(guān)斷優(yōu)化處理。
圖3 MOSFET輸出電路
當驅動(dòng)電路（在開(kāi)關(guān)轉換，關(guān)斷以及驅動(dòng)電壓過(guò)壓導致?lián)舸r(shí)）具有很高的輸出性阻抗，因此門(mén)極－發(fā)射極電阻（RGE）可以防止門(mén)極電容非正常充電。
每一路輸出部分的門(mén)極充電峰值電流都可達15A。這種高脈沖輸出電流使得IGBTs的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間分短，因為IGBT的門(mén)極電容充電非常迅速，這也意味著(zhù)該驅動(dòng)電路可以驅動(dòng)大電流的IGBT模塊或并聯(lián)的IGBTs。
從本質(zhì)上來(lái)講，IGBTs開(kāi)關(guān)轉換所需要的電荷取決于IGBT選用的技術(shù)類(lèi)型，集成電路規模，直流母線(xiàn)電壓以及門(mén)極驅動(dòng)電壓。驅動(dòng)電路的輸出部分每個(gè)脈沖可以提供高達6.3uC的電荷。針對所選用的IGBT，以平均輸出電流50mA計，則開(kāi)關(guān)頻率可以達到50kHz。因此SKYPERTM門(mén)極驅動(dòng)電路足以驅動(dòng)1400A/1200V半橋IGBT模塊。
保護電路
為了保護IGBT在短路等情況下發(fā)生過(guò)載，副邊的每個(gè)輸出部分都有一個(gè)集成的實(shí)時(shí)飽和電壓監測功能。該監測功在一定的消隱時(shí)間（tbl，它可由外部電路來(lái)控制時(shí)間的長(cháng)短）后對IGBT的集電極－發(fā)射極電壓和外部可調的參考電壓（VCEstat）進(jìn)行對比，如果集電極－發(fā)射極電壓超過(guò)了參考電壓，則該路輸出立刻被關(guān)斷，并且短路電路直接將故障信號傳動(dòng)到原邊驅動(dòng)核心電路的故障存儲區域，在此處故障被記錄，然后所有的輸出被迅即關(guān)斷。為了阻止電路在短路的情況下再開(kāi)通，傳遞后續開(kāi)通信號的信號電路通道被互鎖，直到有復位脈沖對該電路進(jìn)行復位。在IGBT退飽和監視中，必須考慮它的實(shí)時(shí)飽和電壓特征。在IGBT開(kāi)通的最初幾個(gè)微秒，集電極－發(fā)射極電壓遠高于穩定后的VCEsat值。因此監測電路的響應特征在消隱時(shí)間內（圖4）必須與VCEsat特征圖一致。
圖4 集電極－發(fā)射極的實(shí)時(shí)飽和電壓特征
如果驅動(dòng)電壓下降比較大，則門(mén)極驅動(dòng)與保護功能都將失效。而且功率晶體管不再完全受控。因為門(mén)極電壓比較低，IGBT將工作在線(xiàn)性區間。如果IGBT工作在線(xiàn)性區間，它的損耗非常大，完全有可能發(fā)生熱過(guò)載。為了確保門(mén)極驅動(dòng)電壓的降低能夠被檢測到，驅動(dòng)電壓也受到實(shí)時(shí)監測，一旦電壓異常，則集成的故障存儲器被置位。至于電路短路的監測情況，一旦發(fā)生短路，則故障存儲器既封鎖輸出電路的輸入脈沖，也封鎖設置驅動(dòng)電路故障信號的輸入脈沖。
為了避免橋臂發(fā)生短路，在電壓源電路中同一橋臂的IGBTs一定不能同時(shí)開(kāi)通。因為有驅動(dòng)電路產(chǎn)生的死區時(shí)間，即使在輸入信號錯誤時(shí)，兩路輸出也會(huì )被互鎖。
在上述標準版本的驅動(dòng)核心電路基礎上，我們還開(kāi)發(fā)熱一個(gè)增強版，它集成了其它一些功能如副邊故障輸入以及加強的故障管理功能，而且還加入了軟關(guān)斷技術(shù)以提高短路保護的能力。在發(fā)生短路時(shí)，該功能以比較低的速度關(guān)斷IGBT，從而降低了直流母線(xiàn)電壓過(guò)沖，使IGBT適應更高的直流母線(xiàn)電壓。這也意味著(zhù)可以提高最終的輸出功率。
連接情況
SKYPER? 驅動(dòng)核心電路適合于通過(guò)焊接或接插件與PCB進(jìn)行組裝，能夠與多種IGBT模塊進(jìn)行匹配。通過(guò)盡可能地優(yōu)化開(kāi)關(guān)特性，在此基礎上開(kāi)發(fā)出來(lái)的解決方案既具備標準智能功率模塊的通用功能，又不失傳統功率模塊的靈活性。靈活的裝配設計允許件驅動(dòng)電路直接安裝在IGBT模塊上，而且這種連接使得IGBT模塊和驅動(dòng)電路之間的連接線(xiàn)很短。因此這種驅動(dòng)電路為電路設計者提供了帶電勢隔離和保護功能的簡(jiǎn)單的門(mén)極驅動(dòng)電路。SKYPER? 可被應用于如功率電子變換器等廣泛領(lǐng)域中。
參考文獻
[1] http://www.semikron.com
[2] Application Manual Power Modules, SEMIKRON International
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