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文件名称: 三种IGBT驱动电路和保护方法.pdf
  所属分类: 其它
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  上传时间: 2019-09-13
  提 供 者: weixin_********
 详细说明:三种IGBT驱动电路和保护方法pdf,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,对IGBT驱动电路的基本要求如下:1)提供适当的正向和反向输出电压,使IGBT可靠的开通和关断。2)提供足够大的瞬态功率或瞬时电流,使IGBT能迅速建立栅控电场而导通。3)尽可能小的输入输出延迟时间,以提高工作效率。4)足够高的输入输出电气隔离性能,使信号电路与栅极驱动电路绝缘。5)具有灵敏的过流保护能力。逻辑驱动转换接口)、IGD( Intelligent Gate Driver,智能门极驱动)和输入与输出相互 绝缘的DC/DC转换器。当外部输入PwM信号后,由LDI进行编码处理,为保证信号不受 外界条件的干扰,处理过的信号在进入IGD前需用高频隔离变压器进行电气隔离。从 隔离变压器另一侧接收到的信号首先在ICD单元进行解码,并把解码后的PWM信号进 行放大(±15V/±15A以驱动外接大功*IGB1。当智能门极驱动单元GD内的过流和短 路俫护电路检测到IGBT发生过流和短路故瘴时,由封锁时间逻辑电路和状态确认电路 产生相应的响应时间和封锁时闫,并把此时的状态信号进行编码送到逻辑控訇单元LDI LDⅠ单元对传送来的IGBT工作状态信号进行解码处理,使之在控制回路中得以处理。为 防止2SD315A的两路输岀驱动信号相互干扰,山DC/C转换器提供彼此隔离的电源供 电 82 23 56k 2.2k 6.8k 本 220 E YLC C ky Cs 100p In 2SD315使用吋注意事项: a、工作模式:驱动模块的模式选择端MD外接+15V电源,输入引脚RC1和RC2 接地,为直接工作模式。逻辑控匋电平采用+15,信号输入管脚InA、IB连接在一起 接收来自单片机的脉冲信号。2SD315A的S0l和SO2两只管脚输岀通道的工作状态。 MOD接地时,ⅦO接地。通常半桥模式都是驱动一个直流母线上的一个桥臂,为避免上 下桥臂直通必须设置死区吋间,在死区吋间里两个管了同时关断。因此,RC1、RC2 端子必须根据要求外接RC网络来产生死区时间,死区时间一般可以从100n,到几个ms。 图中所示的RC1、RC2分別连接10k.的电阻和100pF的电容,这样产生的死区时间大 约是500s. b、端口Ⅵ./ Reset:这个端子是用来定义具有施密特性质的输入InA和InB的, 使得揄入在2/3ⅦL时开通,在I/3Ⅵ时作为关断信号。当PWM信号是TTL电平时,该 端子连接如图3-5所示,当输入InA和InB信号为15V的时侯,该端子应该通过一个大 约1K左右的电阻连接到-+15V电源上,这样开启和关断电压分別应该是10v和5。另 外,输入 UL/Reset端还有另外的功能:如果其接地,则逻辑驱动接口单元1.Dl0Ul内 的错误信息被清除。 门极输出端 门极输出∝x端」接电力半导体的门极,当 SCALE驱动器用15V供电的时候,门极输出 土15V.负的门极电压由驱动器内部产生。使用如图3-6结构的电路可以实现开通和关 断的速度的不一样,增加了用户使用的灵活性。 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起,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。 同时般要求到集屯极和发射极的引线采用绞合线,还有可以在1GBT的门极和发射极 之间连接一对齐纳稳压二枚管(1518V)来侏护IGBT不会被击穿。 驱动模块的模式选择端MOD外接+15V电源,输入引脚RC1和RC2接地,为直接 工作模式。逻缉控制电平采用+15V,信号输入管脚IuA、IB连接在一起接收来自单 片机的脉冲信号,进行同步控制。2SD315^的S01和S02两只管脚外接三极管和光耦用 米向单片杋输岀两输出通道的工作状态,其输岀端结构皆为集电极开路输岀,可以通 过外接上拉电阻以适用于各种电半逻辑。在管脚S01、S02和电源之间以及 Vison和 LSX之间加发光一极管进行故障指示。正常情况下S01和SO2输出皆为高电平,上电后 D3和D4先亮,延时几秒后熄灭,同吋D8和D15发亮。 当检测到故障信号时,SO1和SO2的输出电平被拉低到地,即D3和D4发亮,同 时D8和D15闪烁。2SD315A是通过监测UC(sat)米判断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,检测电路会把昻常状态囯馈到驱动模块,驱动模块內 部会产生一个故障信号并将它锁存,锁存时间为1s,在这段时间内,驱动模块不再输 出信号,而是将两组lGB及吋关断予以保护。同吋,状态输出管脚S0和S02的高电 平被拉低,光耦TLP521导通,两路状态信号通过或门74LS32送给单片机。为防止因 关断速度太快在IGBT的集电极上产生很高的反电动势,在门极输出端采用如图所示的 电路结构实现开通和关断速度的不同。开通时门极电阻为3.49,关断时电阻为6.8g, 二极管采用快恢复型,这样就使关断速度下降到安全水平。 IGB短路失效机理,lGB负载短路下的几种后果: (1)超过热极限:半导体的本征温度极限为250℃,当结温超过本征温度,器件将 丧失阻断能力,IGB负载短路时,由于短路电流时结温升高,一旦超过其热极限时, 门级保护也相应失效。 (2)电流擎住效应:正常工作电流下,IGBT山于薄层电阻Rs很小,没有电流擎 住现象,但在短路状态下,由于短路电流很大,当Rs上的压降高于0.℃V时,使J正 偏,产生电流擎住,门级便失去电压控制 (3)关断过电压:为了抑制短路电流,当故障发生时,控铏电路立即撤去正门级 电压,将IGBr关断,短路电沇相应下降。由于短路电流大,因此,关断中屯流下降礻 很高,在布线电感中将感生很高的电压,尤其是在器件内封装引线电感上的这种感应电 压很难抑制,它将使器件有过电流变为关断过电压而失效。 IGBT过流保护方法: (1)诫压法:是指在故障出现时,降低门级电压。由于短路电流比例于外加正门 级电压Lg1,因此在故障时,可将正门级电压降低。 (2)切断脉冲方法:由于在过流时,Ucc电压升高,我们利用检测集电极电压的方 法来判断是否过流,如果过流,就切断触发脉冲。同时尽量采用软关断方式,缓解短 路电流的下降率,避免产生过电压造成对IGBT的损坏。 GBT专用高速驱动器ⅥLA517的驱动电路设计 作者:海飞乐技术时间:2017-05-1915:30 IGBT是一种新型复合型器件,它具有高输入阻抗、低导通压降、稳定性好、移动电路简 单、耐压高等几个方面的优点。GBT专用高速驱动器ⅥA517是常用的集成驱动电路,它是 EXB841的改进型 VLA517的工作原理剖析 ⅥLA517是IGBT驱动专用模块,它由放大电路、过流保护、5V基准电压和输出等部分组 成。工作电压为+20V。采用高速光耦实现隔离。其结构和工作原理如下: (1)导通过程 当ⅥLA517输入管脚14和15有10mA的电流流过1μs时,光耦TLP550导通,A点电位 降至0V,Ⅵ1、Ⅵ2截止。D点电位升至20V,Ⅵ4导通,V5截止,VZ2工作,1管脚电位为5v 管脚3和1电压为15V,驱动IGBT快速导通。Vc下降至3V,同时,+20V电源经R3向电容 C2充电,B点电位上升到13v。 P 图1ⅦLA517的内部结构图 6脚的电位被箝制在8V左右,B点和C点电位被箝位在8V。而稳压管Vz1的稳压值为 13V,所以IGBT正常开通时Vz1不会被击穿,V3截止,E点电位约为20v,二极管vD6截止。 (2)关断过程 当管脚14和15没有电流流过时,TLP550截止,G1充电,A点电位上升,则Ⅵ、V2导 通,Ⅵ4截止、V5导通,3号管脚的电位为0v,Vz2工作使管脚1电位为5V,管脚3和1输 出-5V电压使1GBT迅速关断,栅极电荷经V5迅速放电。此时。Vε上升,Ⅵ7截止,6管脚“悬 空”。同时,C2通过Ⅵ1放电,B点和G点电位被箝制在0V,Vz1不导通,后续的电路不会 动作。由于栅射极间承受5V的反向电压,可靠关断。 (3)过流保护动作 若发生短路,IGBT因承受太大的电流而退出饱和状态。V急剧上升,二极管VD7截止, 6管脚“悬空”,C2充电,当B点和C点电位由8V逐渐上升,当升至13V时,Vz1被击穿 奶3导通,C4通过R和奶3放电,E点电位逐渐下降,二极管ⅦD导通。D点电位逐渐下降, 从而使3管脚电位逐渐下降,慢慢地关断IGBT。 二、驱动及过流保护电路的设计 VLA517是通过检测GBT的集、射极间电压U的大小来判断是否发生了过流现象,进 实现短路保护功能的。6脚电压U6与集射电压Uε之间满足以下关系 U。=+U+U 式(2)中,U、U、U分别表示管脚6的电压、V的导通压阵、E极电压,UCE表示GBT 导通时集射极压降。UE=5V。发生过流时,U6=13V,则 U=U。-U1-U=13-0.5-5=7.5V(3) 即,当U升高至7.5V左右时,ⅥLA517才认为过流现象发生,使Vz1击穿,D点电位下降, 从而关断IGBT。IGBT正常导通时,集射极间压降为3V。当Ua=7.5时,GBT已经发生严重 过流。 (1)降低过流保护的阈值 在快速恢复二极管后面串接相同规格的二极管,其个数根据保护阈值而定,或者反相串 接一个稳压管,以保证在1GBT轻度过流时,就能发现并有效地关断。连接电路如图2所示 该电路是在快恢复二极管后串联了一个3ν的稳压管伈N4727,以降低过流保护的阈值。 (2)ⅦLA517内部1号和9号管脚內的稳压二极管易损问题的解决办法 ⅥA517的管脚1和ρ间的稳压二极管ⅥZ2的额定功率为0.5W,易于损坏。VZ2损坏以 后,1号管脚将悬空。通过设计外部电路,可以避免Vz2的损坏。具体做法是在ⅥLA517的 管脚2和9之间串接一个电阻和一个稳压管,利用|N4733向IGBT的E极提供的5V电位。 这样,即使Ⅵ1已损坏。ⅥA517仍然可以正常使用,只需更换V1即可。如图2所示。C2 和R3构成吸收回路。 图2改进后的ⅥLA517的驱动电路图 总之,通过降低过流保护阈值,确保了IGBT的安全性;通过外加电路改造了ⅥLA517, 使稳压管损坏后便于更换,因而降低了成本,使用更安全、可靠。改进后的电路已经用于配 电网单项接地的故障信号源的发生器中。
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