IGBT高壓大功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的應(yīng)用及原理
IGBT高壓大功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的應(yīng)用及原理
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180106.htm通過對(duì)功率器件IGBT的工作特性分析、驅(qū)動(dòng)要求和保護(hù)方法等討論,介紹了的一種可驅(qū)動(dòng)高壓大功率IGBT的集成驅(qū)動(dòng)模塊HCPL-3I6J的應(yīng)用
關(guān)鍵詞:IGBT;驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路;電源
IGBT在以變頻器及各類電源為代表的電力電子裝置中得到了廣泛應(yīng)用。IGBT集雙極型功率晶體管和功率MOSFET的優(yōu)點(diǎn)于一體,具有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、控制電路簡單、開關(guān)損耗小、通斷速度快和工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。
但是,IGBT和其它電力電子器件一樣,其應(yīng)用還依賴于電路條件和開關(guān)環(huán)境。因此,IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路是電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn),是整個(gè)裝置運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
為解決IGBT的可靠驅(qū)動(dòng)問題,國外各IGBT生產(chǎn)廠家或從事IGBT應(yīng)用的企業(yè)開發(fā)出了眾多的IGBT驅(qū)動(dòng)集成電路或模塊,如國內(nèi)常用的日本富士公司生產(chǎn)的EXB8系列,三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的M579系列,美國IR公司生產(chǎn)的IR21系列等。但是,EXB8系列、M579系列和IR21系列沒有軟關(guān)斷和電源電壓欠壓保護(hù)功能,而惠普生產(chǎn)的HCLP一316J有過流保護(hù)、欠壓保護(hù)和1GBT軟關(guān)斷的功能,且價(jià)格相對(duì)便宜,因此,本文將對(duì)其進(jìn)行研究,并給出1700V,200~300A IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路。
1 IGBT的工作特性
IGBT是一種電壓型控制器件,它所需要的驅(qū)動(dòng)電流與驅(qū)動(dòng)功率非常小,可直接與模擬或數(shù)字功能塊相接而不須加任何附加接口電路。IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷是由柵極電壓UGE來控制的,當(dāng)UGE大于開啟電壓UGE(th)時(shí)IGBT導(dǎo)通,當(dāng)柵極和發(fā)射極間施加反向或不加信號(hào)時(shí),IGBT被關(guān)斷。
IGBT與普通晶體三極管一樣,可工作在線性放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū),其主要作為開關(guān)器件應(yīng)用。在驅(qū)動(dòng)電路中主要研究IGBT的飽和導(dǎo)通和截止兩個(gè)狀態(tài),使其開通上升沿和關(guān)斷下降沿都比較陡峭。
2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路要求
在設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)。
1)柵極正向驅(qū)動(dòng)電壓的大小將對(duì)電路性能產(chǎn)生重要影響,必須正確選擇。當(dāng)正向驅(qū)動(dòng)電壓增大時(shí),.IGBT的導(dǎo)通電阻下降,使開通損耗減?。坏粽蝌?qū)動(dòng)電壓過大則負(fù)載短路時(shí)其短路電流IC隨UGE增大而增大,可能使IGBT出現(xiàn)擎住效應(yīng),導(dǎo)致門控失效,從而造成IGBT的損壞;若正向驅(qū)動(dòng)電壓過小會(huì)使IGBT退出飽和導(dǎo)通區(qū)而進(jìn)入線性放大區(qū)域,使IGBT過熱損壞;使用中選12V≤UGE≤18V為好。柵極負(fù)偏置電壓可防止由于關(guān)斷時(shí)浪涌電流過大而使IGBT誤導(dǎo)通,一般負(fù)偏置電壓選一5V為宜。另外,IGBT開通后驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供足夠的電壓和電流幅值,使IGBT在正常工作及過載情況下不致退出飽和導(dǎo)通區(qū)而損壞。
2)IGBT快速開通和關(guān)斷有利于提高工作頻率,減小開關(guān)損耗。但在大電感負(fù)載下IGBT的開關(guān)頻率不宜過大,因?yàn)楦咚匍_通和關(guān)斷時(shí),會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓,極有可能造成IGBT或其他元器件被擊穿。
3)選擇合適的柵極串聯(lián)電阻RG和柵射電容CG對(duì)IGBT的驅(qū)動(dòng)相當(dāng)重要。RG較小,柵射極之間的充放電時(shí)間常數(shù)比較小,會(huì)使開通瞬間電流較大,從而損壞IGBT;RG較大,有利于抑制dvce/dt,但會(huì)增加IGBT的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗。合適的CG有利于抑制dic/dt,CG太大,開通時(shí)間延時(shí),CG太小對(duì)抑制dic/dt效果不明顯。
4)當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí),柵射電壓很容易受IGBT和電路寄生參數(shù)的干擾,使柵射電壓引起器件誤導(dǎo)通,為防止這種現(xiàn)象發(fā)生,可以在柵射間并接一個(gè)電阻。此外,在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)高壓尖峰,最好在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管,其穩(wěn)壓值應(yīng)與正負(fù)柵壓相同。
3 HCPL-316J驅(qū)動(dòng)電路
3.1 HCPL-316J內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
HCPL-316J的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,其外部引腳如圖2所示。
從圖1可以看出,HCPL-316J可分為輸入IC(左邊)和輸出IC(右邊)二部分,輸入和輸出之間完全能滿足高壓大功率IGBT驅(qū)動(dòng)的要求。
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