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IGBT高压大功率驱动和保护电路的应用-网络转载-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:78

  摘要:通过对功率器件IGBT的工作特性分析、驱动要求和保护方法等讨论,介绍了的一种可驱动高压大功率IGBT的集成驱动模块HCPL-3I6J的应用
  关键词:IGBT;驱动保护电路;电源
  引言
  IGBT在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。IGBT集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体,具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。
  但是,IGBT和其它电力电子器件一样,其应用还依赖于电路条件和开关环境。因此,IGBT的驱动和保护电路是电路设计的难点和重点,是整个装置运行的关键环节。
  为解决IGBT的可靠驱动问题,国外各IGBT生产厂家或从事IGBT应用的企业开发出了众多的IGBT驱动集成电路或模块,如国内常用的日本富士公司生产的EXB8系列,三菱电机公司生产的M579系列,美国IR公司生产的IR21系列等。但是,EXB8系列、M579系列和IR21系列没有软关断和电源电压欠压保护功能,而惠普生产的HCLP一316J有过流保护、欠压保护和1GBT软关断的功能,且价格相对便宜,因此,本文将对其进行研究,并给出1700V,200~300AIGBT的驱动和保护电路。
  1、IGBT的工作特性
  IGBT是一种电压型控制器件,它所需要的驱动电流与驱动功率非常小,可直接与模拟或数字功能块相接而不须加任何附加接口电路。IGBT的导通与关断是由栅极电压UGE来控制的,当UGE大于开启电压UGE(th)时IGBT导通,当栅极和发射极间施加反向或不加信号时,IGBT被关断。
  IGBT与普通晶体三极管一样,可工作在线性放大区、饱和区和截止区,其主要作为开关器件应用。在驱动电路中主要研究IGBT的饱和导通和截止两个状态,使其开通上升沿和关断下降沿都比较陡峭。
  2、IGBT驱动电路要求
  在设计IGBT驱动时必须注意以下几点。
  1)栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响,必须正确选择。当正向驱动电压增大时,.IGBT的导通电阻下降,使开通损耗减小;但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流IC随UGE增大而增大,可能使IGBT出现擎住效应,导致门控失效,从而造成IGBT的损坏;若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域,使IGBT过热损坏;使用中选12V≤UGE≤18V为好。栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通,一般负偏置电压选一5V为宜。另外,IGBT开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值,使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。
  2)IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率,减小开关损耗。但在大电感负载下IGBT的开关频率不宜过大,因为高速开通和关断时,会产生很高的尖峰电压,极有可能造成IGBT或其他元器件被击穿。
  3)选择合适的栅极串联电阻RG和栅射电容CG对IGBT的驱动相当重要。RG较小,栅射极之间的充放电时间常数比较小,会使开通瞬间电流较大,从而损坏IGBT;RG较大,有利于抑制dvce/dt,但会增加IGBT的开关时间和开关损耗。合适的CG有利于抑制dic/dt,CG太大,开通时间延时,CG太小对抑制dic/dt效果不明显。
  4)当IGBT关断时,栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰,使栅射电压引起器件误导通,为防止这种现象发生,可以在栅射间并接一个电阻。此外,在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰,最好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管,其稳压值应与正负栅压相同。
  

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