亚洲AV色无码乱码在线观看|?愛妃?av中文字幕无码|最新国产91精品第二页|精品免费国产a级奶水

1 IGBT 門極驅(qū)動要求

1.1 柵極驅(qū)動電壓

因 IGBT 柵極 - 發(fā)射極阻抗大,故可使用 MOSfet 驅(qū)動技術(shù)進行驅(qū)動,但 IGBT 的輸入電容較 MOSFET 大,所以 IGBT 的驅(qū)動偏壓應(yīng)比 MOSFET 驅(qū)動所需偏壓強。圖 1 是一個典型的例子。在 +20 ℃情況下,實測 60 A , 1200 V 以下的 IGBT 開通電壓閥值為 5 ~ 6 V ,在實際使用時,為獲得最小導通壓降,應(yīng)選取 Ugc ≥ (1.5 ~ 3)Uge(th) ,當 Uge 增加時,導通時集射電壓 Uce 將減小,開通損耗隨之減小,但在負載短路過程中 Uge 增加,集電極電流 Ic 也將隨之增加,使得 IGBT 能承受短路損壞的脈寬變窄,因此 Ugc 的選擇不應(yīng)太大,這足以使 IGBT 完全飽和,同時也限制了短路電流及其所帶來的應(yīng)力 ( 在具有短路工作過程的設(shè)備中,如在電機中使用 IGBT 時, +Uge 在滿足要求的情況下盡量選取最小值,以提高其耐短路能力 ) 。

1.2 對電源的要求

對于全橋或半橋電路來說,上下管的驅(qū)動電源要相互隔離,由于 IGBT 是電壓控制器件,所需要的驅(qū)動功率很小,主要是對其內(nèi)部幾百至幾千皮法的輸入電容的充放電,要求能提供較大的瞬時電流,要使 IGBT 迅速關(guān)斷,應(yīng)盡量減小電源的內(nèi)阻,并且為防止 IGBT 關(guān)斷時產(chǎn)生的 du/dt 誤使 IGBT 導通,應(yīng)加上一個 -5 V 的關(guān)柵電壓,以確保其完全可靠的關(guān)斷 ( 過大的反向電壓會造成 IGBT 柵射反向擊穿,一般為 -2 ~ 10 V 之間 ) 。

1.3 對驅(qū)動波形的要求

從減小損耗角度講,門極驅(qū)動電壓脈沖的上升沿和下降沿要盡量陡峭,前沿很陡的門極電壓使 IGBT 快速開通,達到飽和的時間很短,因此可以降低開通損耗,同理,在 IGBT 關(guān)斷時,陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時間,從而減小了關(guān)斷損耗,發(fā)熱量降低。但在實際使用中,過快的開通和關(guān)斷在大電感負載情況下反而是不利的。因為在這種情況下, IGBT 過快的開通與關(guān)斷將在電路中產(chǎn)生頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓 Ldi/dt ,并且這種尖峰很難被吸收掉。此電壓有可能會造成 IGBT 或其他元器件被過壓擊穿而損壞。所以在選擇驅(qū)動波形的上升和下降速度時,應(yīng)根據(jù)電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。

1.4 對驅(qū)動功率的要求

由于 IGBT 的開關(guān)過程需要消耗一定的電源功率,最小峰值電流可由下式求出:

I GP = △ U ge /R G +R g ;

式中△ Uge=+Uge+|Uge| ; RG 是 IGBT 內(nèi)部電阻; Rg 是柵極電阻。

驅(qū)動電源的平均功率為:

P AV =C ge △ Uge 2 f,

式中. f 為開關(guān)頻率; Cge 為柵極電容。

1.5 柵極電阻

為改變控制脈沖的前后沿陡度和防止震蕩,減小 IGBT 集電極的電壓尖峰,應(yīng)在 IGBT 柵極串上合適的電阻 Rg 。當 Rg 增大時, IGBT 導通時間延長,損耗發(fā)熱加劇; Rg 減小時, di/dt 增高,可能產(chǎn)生誤導通,使 IGBT 損壞。應(yīng)根據(jù) IGBT 的電流容量和電壓額定值以及開關(guān)頻率來選取 Rg 的數(shù)值。通常在幾歐至幾十歐之間 ( 在具體應(yīng)用中,還應(yīng)根據(jù)實際情況予以適當調(diào)整 ) 。另外為防止門極開路或門極損壞時主電路加電損壞 IGBT ,建議在柵射間加入一電阻 Rge ,阻值為 10 k Ω左右。

1.6 柵極布線要求

合理的柵極布線對防止?jié)撛谡鹗?減小噪聲干擾,保護 IGBT 正常工作有很大幫助。

a .布線時須將驅(qū)動器的輸出級和 lGBT 之間的寄生電感減至最低 ( 把驅(qū)動回路包圍的面積減到最小 ) ;

b .正確放置柵極驅(qū)動板或屏蔽驅(qū)動電路,防止功率電路和控制電路之間的耦合;

c .應(yīng)使用輔助發(fā)射極端子連接驅(qū)動電路;

d .驅(qū)動電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時,應(yīng)使用雙絞線連接 (2 轉(zhuǎn)/ cm) ;

e .柵極保護,箝位元件要盡量靠近柵射極。

1.7 隔離問題

由于功率 IGBT 在電力電子設(shè)備中多用于高壓場合,所以驅(qū)動電路必須與整個控制電路在電位上完全隔離,主要的途徑及其優(yōu)缺點如表 1 所示。

表1 驅(qū)動電路與控制電路隔離的途徑及優(yōu)缺點

利用光電耦合器進行隔離

優(yōu)點:體積小、結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用方便、輸出脈寬不受限制,適用于 PWM 控制器

缺點

1 、共模干擾抑制不理想

2 、響應(yīng)速度慢,在高頻狀態(tài)下應(yīng)用受限制

3 、需要相互隔離的輔助電源

利用脈沖變壓器進行隔離

優(yōu)點:響應(yīng)速度快,共模干擾抑制效果好

缺點:

1 、信號傳送的最大脈沖寬度受磁芯飽和特性的限制,通常不大于 50 %,最小脈寬受磁化電流限制

2 、受漏感及集膚影響,加工工藝復雜

2 典型的門極驅(qū)動電路介紹

2.1 脈沖變壓器驅(qū)動電路

脈沖變壓器驅(qū)動電路如圖 2 所示, V1 ~ V4 組成脈沖變壓器一次側(cè)驅(qū)動電路,通過控制 V1 、 V4 和 V2 、 V3 的輪流導通,將驅(qū)動脈沖加至變壓器的一次側(cè),二次側(cè)通過電阻 R1 與 IGBT5 柵極相連, R1 、 R2 防止 IGBT5 柵極開路并提供充放電回路, R1 上并聯(lián)的二極管為加速二極管,用以提高 IGBT5 的開關(guān)速度,穩(wěn)壓二極管 VS1 、 VS2 的作用是限制加在 IGBT5g-e 端的電壓,避免過高的柵射電壓擊穿柵極。柵射電壓一般不應(yīng)超過 20 V 。

圖 2 脈沖變壓器驅(qū)動電路

2.2光耦隔離驅(qū)動電路

光耦隔離驅(qū)動電路如圖 3 所示。由于 IGBT 是高速器件,所選用的光耦必須是小延時的高速型光耦,由 PWM 控制器輸出的方波信號加在三極管 V1 的基極, V1 驅(qū)動光耦將脈沖傳遞至整形放大電路 IC1 ,經(jīng) IC1 放大后驅(qū)動由 V2 、 V3 組成的對管 (V2 、 V3 應(yīng)選擇β >100 的開關(guān)管 ) 。對管的輸出經(jīng)電阻 R1 驅(qū)動 IGBT4 , R3 為柵射結(jié)保護電阻, R2 與穩(wěn)壓管 VS1 構(gòu)成負偏壓產(chǎn)生電路, VS1 通常選用 1 W/5.1 V 的穩(wěn)壓管。此電路的特點是只用 1 組供電就能輸出正負驅(qū)動脈沖,使電路比較簡潔。

圖 3 光耦隔離驅(qū)動電路

2.3 驅(qū)動模塊構(gòu)成的驅(qū)動電路

應(yīng)用成品驅(qū)動模塊電路來驅(qū)動 IGBT ,可以大大提高設(shè)備的可靠性,目前市場上可以買到的驅(qū)動模塊主要有:富士的 EXB840、841,三菱的 M57962L,落木源的KA101、KA102,惠普的 HCPL316J、3120 等。這類模塊均具備過流軟關(guān)斷、高速光耦隔離、欠壓鎖定、故障信號輸出功能。由于這類模塊具有保護功能完善、免調(diào)試、可靠性高的優(yōu)點,所以應(yīng)用這類模塊驅(qū)動 IGBT 可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,提高產(chǎn)品可靠性。 EXB840 和 M57962 很多資料都有介紹,KA101和KA102的資料可以從百度搜索,這里就簡要介紹一下惠普公司的 HCPL316J 。典型電路如圖 4 所示。

圖 4 由驅(qū)動模塊構(gòu)成的驅(qū)動電路

HCPL316J 可以驅(qū)動 150 A/1200 V 的 IGBT ,光耦隔離, COMS/TTL 電平兼容,過流軟關(guān)斷,最大開關(guān)速度 500 ns ,工作電壓 15 ~ 30 V ,欠壓保護。輸出部分為三重復合達林頓管,集電極開路輸出。采用標準 SOL-16 表面貼裝。

HCPL316J 輸入、輸出部分各自排列在集成電路的兩邊,由 PWM 電路產(chǎn)生的控制信號加在 316j 的第 1 腳,輸入部分需要 1 個 5 V 電源, RESET 腳低電平有效,故障信號輸出由第 6 腳送至 PWM 的關(guān)閉端,在發(fā)生過流情況時及時關(guān)閉 PWM 輸出。輸出部分采用 +15 V 和 -5 V 雙電源供電,用于產(chǎn)生正負脈沖輸出, 14 腳為過流檢測端,通過二極管 VDDESAT 檢測 IGBT 集電極電壓,在 IGBT 導通時,如果集電極電壓超過 7 V ,則認為是發(fā)生了過流現(xiàn)象, HCPL316J 慢速關(guān)斷 IGBT ,同時由第 6 腳送出過流信號。

3、 結(jié)語

通過對 IGBT 門極驅(qū)動特點的分析及典型應(yīng)用電路的介紹,使大家對 IGBT 的應(yīng)用有一定的了解。可作為設(shè)計 IGBT 驅(qū)動電路的參考。

IGBT驅(qū)動電路是驅(qū)動IGBT模塊以能讓其正常工作,并同時對其進行保護的電路。

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)在今天的電力電子領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,在實際使用中除IGBT自身外,IGBT 驅(qū)動器的作用對整個換流系統(tǒng)來說同樣至關(guān)重要。驅(qū)動器的選擇及輸出功率的計算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。

因此,在IGBT數(shù)據(jù)手冊中給出的電容Cies值在實際應(yīng)用中僅僅只能作為一個參考值使用。

IGBT 的開關(guān)特性主要取決于IGBT的門極電荷及內(nèi)部和外部的電阻

市場上的驅(qū)動器產(chǎn)品簡介

TX系列驅(qū)動器介紹

現(xiàn)有技術(shù)概述

開關(guān)電源中大功率器件驅(qū)動電路的設(shè)計一向是電源領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。普通大功率三極管和絕緣柵功率器件(包括VMOS場效應(yīng)管和IGBT絕緣柵雙極性大功率管等),由于器件結(jié)構(gòu)的不同,具體的驅(qū)動要求和技術(shù)也大不相同。前者屬于電流控制器件,要求合適的電流波形來驅(qū)動;后者屬于電場控制器件,要求一定的電壓來驅(qū)動。本文只介紹后者的情況。

VMOS場效應(yīng)管(以及IGBT絕緣柵雙極性大功率管等器件)的源極和柵極之間是絕緣的二氧化硅結(jié)構(gòu),直流電不能通過,因而低頻的靜態(tài)驅(qū)動功率接近于零。但是柵極和源極之間構(gòu)成了一個柵極電容Cgs,因而在高頻率的交替開通和關(guān)斷時需要一定的動態(tài)驅(qū)動功率。小功率Vmos管的Cgs一般在10-100pF之內(nèi),對于大功率的絕緣柵功率器件,由于柵極電容Cgs較大,在1-100nF,甚至更大,因而需要較大的動態(tài)驅(qū)動功率。更由于漏極到柵極的密勒電容Cdg,柵極驅(qū)動功率是不可忽視的。

為可靠驅(qū)動絕緣柵器件,目前已有很多成熟電路。當驅(qū)動信號與功率器件不需要隔離時,驅(qū)動電路的設(shè)計是比較簡單的,目前也有了一些優(yōu)秀的驅(qū)動集成電路,如IR2110。當需要驅(qū)動器的輸入端與輸出端電氣隔離時,一般有兩種途徑:采用光電耦合器,或是利用脈沖變壓器來提供電氣隔離。

光電耦合器的優(yōu)點是體積小巧,缺點是:A.反應(yīng)較慢,因而具有較大的延遲時間(高速型光耦一般也大于500ns);B.光電耦合器的輸出級需要隔離的輔助電源供電。

用脈沖變壓器隔離驅(qū)動絕緣柵功率器件有三種方法:無源、有源和自給電源驅(qū)動。

無源方法就是用變壓器次級的輸出直接驅(qū)動絕緣柵器件,這種方法很簡單,也不需要單獨的驅(qū)動電源,但由于絕緣柵功率器件的柵源電容Cgs一般較大,因而柵源間的波形Vgs將有明顯變形,除非將初級的輸入信號改為具有一定功率的大信號,相應(yīng)脈沖變壓器也應(yīng)取較大體積。

有源方法中的變壓器只提供隔離的信號,在次級另有整形放大電路來驅(qū)動絕緣柵功率器件,當然驅(qū)動波形好,但是需要另外提供隔離的輔助電源供給放大器。而輔助電源如果處理不當,可能會引進寄生的干擾。

自給電源方法的已有技術(shù)是對PWM驅(qū)動信號進行高頻(1MHz以上)調(diào)制,該信號加在隔離脈沖變壓器的初級,在次級通過直接整流得到自給電源,而原PWM調(diào)制信號則需經(jīng)過解調(diào)取得,顯然,這種方法并不簡單, 價格當然也較高。調(diào)制的優(yōu)點是可以傳遞的占空比不受限制。

分時式自給電源技術(shù),是國內(nèi)的發(fā)明專利技術(shù),其特點是變壓器在輸入PWM信號的上升和下降沿只傳遞PWM信息,在輸入信號的平頂階段傳遞驅(qū)動所需要的能量,因而波形失真很小。這種技術(shù)的缺點是占空比一般只能達到5-95%。

市場驅(qū)動器簡介

當前市場上的成品驅(qū)動器,按驅(qū)動信號與被驅(qū)動的絕緣柵器件的電氣關(guān)系來分,可分為直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動兩種,其中隔離驅(qū)動的隔離元件有光電耦合器和脈沖變壓器兩種。

不隔離的直接驅(qū)動器

在Boost、全波、正激或反激等電路中,功率開關(guān)管的源極位于輸入電源的下軌,PWM IC輸出的驅(qū)動信號一般不必與開關(guān)管隔離,可以直接驅(qū)動。如果需要較大的驅(qū)動能力,可以加接一級放大器或是串上一個成品驅(qū)動器。直接驅(qū)動的成品驅(qū)動器一般都采用薄膜工藝制成IC電路,調(diào)節(jié)電阻和較大的電容由外引腳接入。

目前的成品驅(qū)動器種類不少,如TI公司的UCC37XXX系列,TOSIBA公司的TPS28XX系列,Onsemi公司的MC3315X系列,SHARP公司的PC9XX系列,IR公司的IR21XX系列,等等,種類繁多,本文不作具體介紹,讀者可查閱相關(guān)資料。

使用光電耦合器的上的IGBT。

帶保護功能的驅(qū)動器和驅(qū)動板,用戶如要測試正常的靜態(tài)(不加主電情況下)輸出波形,需要注意以下幾點:

1、如果功率管IGBT或MOSFET已經(jīng)連接在電路中了,則加上驅(qū)動電源和PWM輸入信號,就可以在輸出端用示波器看到相應(yīng)的輸出信號。

2、如果功率管沒有接,只是在做一個輸出測試,那么必須將應(yīng)接功率管集電極和發(fā)射極(或漏極和源極)的兩點予以短路才行。因為如果集電極或漏極懸空,那么驅(qū)動器或驅(qū)動板將認為功率管處于短路狀態(tài)而啟動內(nèi)部的保護機制,這時看到的將是驅(qū)動器輸出的保護信號波形,無論是波形形狀還是周期都與輸入的PWM信號完全不同。

短路保護

IGBT在應(yīng)用中要解決的主要問題就是如何在過流、短路和過壓的情況下對IGBT實行比較完善的保護。過流故障一般需要稍長的時間才使電源過熱,因此對它的保護都由主控制板來解決。過壓一般發(fā)生在IGBT關(guān)斷時,較大的di/dt在寄生電感上產(chǎn)生了較高的電壓,這需要用緩沖電路來鉗制,或者適當降低關(guān)斷的速率。短路故障發(fā)生后瞬時就會產(chǎn)生極大的電流,很快就會損壞IGBT,主控制板的過流保護根本來不及,必須由驅(qū)動電路或驅(qū)動器立刻加以保護。

因此驅(qū)動器的短路保護功能設(shè)計的是否完善,對電源的安全運行至關(guān)重要。拿到一個驅(qū)動電路,使用前先測試一下它的短路保護功能是否完善,是很有必要的。本文介紹兩種測試方法。

1、第一種測試方法

圖中PWM信號送到驅(qū)動器的信號輸入端,故障后再啟動電容Creset=10nF,Dhv是高反壓快恢復管,限流電阻Rlimit=10-100R,電容C=10-470uF。示波器可在驅(qū)動器的輸入和輸出端監(jiān)測。如果不接Creset,則驅(qū)動器輸出端輸出的是約1ms的脈沖,也就是IGBT每1ms短路一次�？紤]到有的IGBT在這種情況下時間長了仍有可能過熱燒毀,接入10nF的Creset后,則為約12ms短路一次,保證了IGBT的安全。

過流動作閾值設(shè)置電阻Rn的選取,請根據(jù)所試驅(qū)動器說明中的關(guān)于Rn的說明和所試驗IGBT的正向伏安特性曲線選取合適的阻值。

在單管電路的開關(guān)電源中,接入適當?shù)腃reset后,可以省去通常的短路信號反饋光耦。

2、第二種測試方法

與第一種方法類似,只是不讓IGBT始終保持短路,用手工來短路A、B兩點。這種短路試驗比第一種更嚴酷,對驅(qū)動器的要求也更高,因為手工短路,不可能一下接實,實際是一連串的通斷過程。 注意:實驗時一定注意人身安全,最好在工頻輸入處加一個隔離變壓器。

1、消除柵極振蕩

絕緣柵器件(IGBT、MOSFET)的柵射(或柵源)極之間是容性結(jié)構(gòu),柵極回路的寄生電感又是不可避免的,如果沒有柵極電阻,那柵極回路在驅(qū)動器驅(qū)動脈沖的激勵下要產(chǎn)生很強的振蕩,因此必須串聯(lián)一個電阻加以迅速衰減。

2、轉(zhuǎn)移驅(qū)動器的功率損耗

電容電感都是無功元件,如果沒有柵極電阻,驅(qū)動功率就將絕大部分消耗在驅(qū)動器內(nèi)部的輸出管上,使其溫度上升很多。

3、調(diào)節(jié)功率開關(guān)器件的通斷速度

柵極電阻小,開關(guān)器件通斷快,開關(guān)損耗小;反之則慢,同時開關(guān)損耗大。但驅(qū)動速度過快將使開關(guān)器件的電壓和電流變化率大大提高,從而產(chǎn)生較大的干擾,嚴重的將使整個裝置無法工作,因此必須統(tǒng)籌兼顧。

二、柵極電阻的選取

1、柵極電阻阻值的確定

各種不同的考慮下,柵極電阻的選取會有很大的差異。初試可如下選取:

不同品牌的IGBT模塊可能有各自的特定要求,可在其參數(shù)手冊的推薦值附近調(diào)試。

2、柵極電阻功率的確定

柵極電阻的功率由IGBT柵極驅(qū)動的功率決定,一般來說柵極電阻的總功率應(yīng)至少是柵極驅(qū)動功率的2倍。

IGBT柵極驅(qū)動功率 P=FUQ,其中:

F 為工作頻率;

U 為驅(qū)動輸出電壓的峰峰值;

Q 為柵極電荷,可參考IGBT模塊參數(shù)手冊。

例如,常見IGBT驅(qū)動器(如TX-KA101)輸出正電壓15V,負電壓-9V,則U=24V,

假設(shè) F=10KHz,Q=2.8uC

可計算出 P=0.67w ,柵極電阻應(yīng)選取2W電阻,最好是2個1W電阻并聯(lián)。

三、設(shè)置柵極電阻的其他注意事項

1、盡量減小柵極回路的電感阻抗,具體的措施有:

a) 驅(qū)動器靠近IGBT減小引線長度;

b) 驅(qū)動的柵射極引線絞合,并且不要用過粗的線;

c) 線路板上的 2 根驅(qū)動線的距離盡量靠近;

d) 柵極電阻使用無感電阻;

e) 如果是有感電阻,可以用幾個并聯(lián)以減小電感。

2、IGBT 開通和關(guān)斷選取不同的柵極電阻

通常為達到更好的驅(qū)動效果,IGBT開通和關(guān)斷可以采取不同的驅(qū)動速度,分別選取 Rgon和Rgoff