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IGBT驱动电路原理与规划技巧详解

IGBT驱动电路原理与设计技巧详解-本文着重介绍三个IGBT驱动电路。驱动电路的作用是将单片机输出的脉冲进行功率放大,以驱动IGBT,保证IGBT的可靠工作,驱动电路起着至关重要的作用

   本文侧重介绍三个IGBT驱动电路驱动电路的效果是将单片机输出的脉冲进行功率放大,以驱动IGBT,确保IGBT的牢靠作业,驱动电路起着至关重要的效果,对IGBT驱动电路的基本要求如下:

  (1) 供给恰当的正向和反向输出电压,使IGBT牢靠的注册和关断。

  (2) 供给足够大的瞬态功率或瞬时电流,使IGBT能敏捷树立栅控电场而导通。

  (3) 尽可能小的输入输出延迟时刻,以进步作业效率。

  (4) 足够高的输入输出电气阻隔功用,使信号电路与栅极驱动电路绝缘。

  (5) 具有活络的过流维护才能。

  驱动电路EXB841/840

  EXB841 作业原理如图1,当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us今后IGBT正常注册,VCE下降至3V左右,6脚电压被 胁迫在8V左右,因为VS1稳压值是13V,所以不会被击穿,V3不导通,E点的电位约为20V,二极管VD截止,不影响V4和V5正常作业。

  

  当 14脚和15脚无电流流过,则V1和V2导通,V2的导通使V4截止、V5导通,IGBT栅极电荷经过V5敏捷放电,引脚3电位下降至0V,是 IGBT栅一 射间接受5V左右的负偏压,IGBT牢靠关断,一同VCE的敏捷上升使引脚6“悬空”。C2的放电使得B点电位为0V,则V S1依然不导通,后续电路不动作,IGBT正常关断。

  如有过流发生,IGBT的V CE过大使得VD2截止,使得VS1击穿,V3导通,C4经过R7放电,D点电位下降,从而使IGBT的栅一射间的电压UGE下降 ,完结慢关断,完成对IGBT的维护。由EXB841完成过流维护的进程可知,EXB841断定过电流的主要依据是6脚的电压,6脚的电压不只与VCE 有关,还和二极管VD2的导通电压Vd有关。

  

  典型接线办法如图2,运用时留意如下几点:

  a、IGBT栅-射极驱动回路往复接线不能太长(一般应该小于1m),而且应该选用双绞线接法,防止搅扰。

  b、因为IGBT集电极发生较大的电压尖脉冲,添加IGBT栅极串联电阻RG有利于其安全作业。可是栅极电阻RG不能太大也不能太小,假如 RG增大,则注册关断时刻延伸,使得注册能耗添加;相反,假如RG太小,则使得di/dt添加,简单发生误导通。

  c、图中电容C用来吸收由电源衔接阻抗引起的供电电压改变,并不是电源的供电滤波%&&&&&%,一般取值为47 F。

  d、6脚过电流维护取样信号衔接端,经过快康复二极管接IGBT集电极。

  e、14、15接驱动信号,一般14脚接脉冲构成部分的地,15脚接输入信号的正端,15端的输入电流一般应该小于20mA,故在15脚前加限流电阻。

  f、为了确保牢靠的关断与导通,在栅射极加稳压二极管。

  b、端口VL/Reset

  这个端子是用来界说具有施密特性质的输入InA和InB的,使得输入在2/3VL时注册,在I/3 VL时作为关断信号。当PWM信号是TTL电平常, 该端子衔接如图3-5所示,当输入InA和InB信号为15V的时分,该端子应该经过一个大约1K左右的电阻衔接到++15V电源上,这样敞开和关断电压 别离应该是lov和5V。别的,输入UL/Reset端还有别的的功用:假如其接地,则逻辑驱动接口单元l.DI001内的错误信息被铲除。

  c、门极输出端

  门极输出Gx端子接电力半导体的门极,当SCALE驱动器用15V供电的时分,门极输出土15V.负的门极电压由驱动器内部发生。运用如图3-6 结构的电路能够完成注册和关断的速度的不一样,添加了用户运用的灵活性。

  d、布局和布线

  驱动器应该尽可能近的和功率半导体放在一同,这样从驱动器到电力晶体管的引线就会尽可能的短,一般来说驱动器的连线尽量不要长 过10厘米。一同一般要求到集电极和发射极的引线选用绞合线,还有能够在IGBT的门极和发射极之间衔接一对齐纳稳压二极管(15~18V) 来维护IGBT不会被击穿。

  

  驱动模块的形式挑选端MOD外接+15V电源,输入引脚RC1和RC2接地,为直接作业形式。逻辑操控电平选用+15V,信号输入管脚InA、 InB连 接在一同接纳来自单片机的脉冲信号,进行同步操控。2SD315A的SO1和SO2两只管脚外接三极管和光耦用来向单片机输出两输出通道的 作业状况,其输出端结构皆为集电极开路输出,能够经过外接上拉电阻以适用于各种电平逻辑。 在管脚SO1、SO2和电源之间以及VisoX 和LSX之间加发光二极管进行毛病指示。正常情况下SO1和SO2输出皆为高电平,上电后D3和D4先亮,延时几秒后平息,一同D8和D15发亮。

  当检测到毛病信号时,SO1和SO2的输出电平被拉低到地,即D3和D4发亮,一同D8和D15闪耀。2SD315A是经过监测UCE(sat)来 判别回路是否 短路和过流,当检测到一路或两路发生过流现象时,检测电路会把反常状况回馈到驱动模块,驱动模块内部会发生一个毛病信号并将它 锁存,锁存时刻为1s,在这段时刻内,驱动模块不再输出信号,而是将两组IGBT及时关断予以维护。一同,状况输出管脚SO1和SO2的高电平 被拉低,光耦TLP521导通,两路状况信号经过或门74LS32送给单片机。为防止因关断速度太快在IGBT的集电极上发生很高的反电动势,在门极输出 端选用如图所示的电路结构完成注册和关断速度的不同。注册时门极电阻为3.4Ω,关断时电阻为6.8Ω,二极管选用快恢 复型,这样就使关断速度下降到安全水平。

   IGBT短路失效机理

   IGBT负载短路下的几种结果

  (1) 超越热极限:半导体的本征温度极限为250℃,当结温超越本征温度,器材将损失阻断才能,IGBT负载短路时,因为短路电流时结温升 高,一旦超越其热极限时,门级维护也相应失效。

  (2) 电流擎住效应:正常作业电流下,IGBT因为薄层电阻Rs很小,没有电流擎住现象,但在短路状况下,因为短路电流很大,当Rs上的压降 高于0.7V时,使J1正偏,发生电流擎住,门级便失掉电压操控。

  (3) 关断过电压:为了按捺短路电流,当毛病发生时,操控电路当即撤去正门级电压,将IGBT关断,短路电流相应下降。因为短路电流大, 因而,关断中电流下降率很高,在布线电感中将感生很高的电压,尤其是在器材内封装引线电感上的这种感应电压很难按捺,它将使器材有过电流变为关断过电压而 失效。

  IGBT过流维护办法

  (1) 减压法:是指在毛病出现时,下降门级电压。因为短路电流份额于外加正门级电压Ug1,因而在毛病时,可将正门级电压下降。

  (2) 堵截脉冲办法:因为在过流时,Uce电压升高,咱们使用检测集电极电压的办法来判别是否过流,假如过流,就堵截触发脉冲。一同尽 量选用软关断方法,缓解短路电流的下降率,防止发生过电压造成对IGBT的损坏。

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