三种IGBT驱动电路和保护方法.pdf三种IGBT驱动电路和保护方法pdf,本文着重介绍三个IGBT

文件名称: 三种IGBT驱动电路和保护方法.pdf

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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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