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各种IGBT驱动电路工作原理和IGBT保护方法

文章出处:人气:9发表时间:2021-5-12 10:13:56

苏州汉春电子技术工程师与大家分享一下有关IGBT驱动电路的工作原理以及保护方法,希望对大家日常操作能够起到帮助。

各种IGBT驱动电路工作原理和IGBT保护方法

摘要: 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 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

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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。
第一种驱动电路EXB841/840
EXB841工作原理如图1,当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us以后IGBT正常开通,VCE下降至3V左右,6脚电压被钳制在8V左右,由 于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正常工作。
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栅极电荷通过V5迅速放电,引脚3电位下降至0V,是IGBT栅一 射间承受5V左右的负偏压,IGBT可靠关断,同时VCE的迅速上升使引脚6"悬空".C2的放电使得B点电位为0V,则V S1仍然不导通,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通过R7放电,D点电位下降,从而使IGBT的栅一射间的电压UGE降低 ,完成慢关断,实现对IGBT的保护。由EXB841实现过流保护的过程可知,EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电压,6脚的电压不仅与VCE 有关,还和二极管VD2的导通电压Vd有关。典型接线方法如图2,使用时注意如下几点:
a、 IGBT栅-射极驱动回路往返接线不能太长(一般应该小于1m),并且应该采用双绞线接法,防止干扰。
b、 由于IGBT集电极产生较大的电压尖脉冲,增加IGBT栅极串联电阻RG有利于其安全工作。但是栅极电阻RG不能太大也不能太小,如果 RG增大,则开通关断时间延长,使得开通能耗增加;相反,如果RG太小,则使得di/dt增加,容易产生误导通。
c、 图中电容C用来吸收由电源连接阻抗引起的供电电压变化,并不是电源的供电滤波电容,一般取值为47 F.
d、 6脚过电流保护取样信号连接端,通过快恢复二极管接IGBT集电极。
e、 14、15接驱动信号,一般14脚接脉冲形成部分的地,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、 为了保证可靠的关断与导通,在栅射极加稳压二极管。

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第二种 M57959L/M57962L厚膜驱动电路
M57959L/M57962L厚膜驱动电路采用双电源(+15V,-10V)供电,输出负偏压为-10V,输入输出电平与TTL电平兼容,配有短路/过载保护和 封闭性短路保护功能,同时具有延时保护特性。其分别适合于驱动1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其以下的 IGBT。M57959L/M57962L在驱动中小功率的IGBT时,驱动效果和各项性能表现优良,但当其工作在高频下时,其脉冲前后沿变的较差,即信 号的最大传输宽度受到限制。且厚膜内部采用印刷电路板设计,散热不是很好,容易因过热造成内部器件的烧毁。
日本三菱公司的M57959L集成IGBT专用驱动芯片它可以作为600V/200A或者1200V/100A的IGBT驱动。其最高频率也达40KHz,采用双电源 供电(+15V和-15V)输出电流峰值为±2A,M57959L有以下特点:
(1) 采用光耦实现电器隔离,光耦是快速型的,适合20KHz左右的高频开关运行,光耦的原边已串联限流电阻,可将5V电压直接加到输入 侧。
(2) 如果采用双电源驱动技术,输出负栅压比较高,电源电压的极限值为+18V/-15V,一般取+15V/-10V.
(3) 信号传输延迟时间短,低电平-高电平的传输延时以及高电平-低电平的传输延时时间都在1.5μs以下。
(4) 具有过流保护功能。M57962L通过检测IGBT的饱和压降来判断IGBT是否过流,一旦过流,M57962L就会将对IGBT实施软关断,并输出过 流故障信号。
(5) M57959的内部结构如图所示,这一电路的驱动部分与EXB系列相仿,但是过流保护方面有所不同。过流检测仍采用电压采样,电路特 点是采用栅压缓降,实现IGBT软关断,
避免了关断中过电压和大电流冲击;另外,在关断过程中,输入控制信号的状态失去作用,既保护关 断是在封闭状态中完成的。当保护开始时,立即送出故障信号,目的是切断控制信号,包括电路中其它有源器件。
第三种 2SD315A集成驱动模块

集成驱动模块采用+15V单电源供电,内部集成有过流保护电路,其最大的特点是具有安全性、智能性与易用性。2SD315A能输出很大的峰 值电流(最大瞬时输出电流可达±15A),具有很强的驱动能力和很高的隔离电压能力(4000V)。2SD315A具有两个驱动输出通道,适合于驱 动等级为1200V/1700V极其以上的两个单管或一个半桥式的双单元大功率IGBT模块。其中在作为半桥驱动器使用的时候,可以很方便地 设置死区时间。

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