IGBT驅(qū)動器

目前 ,供 igbt 使用的驅(qū)動電路形式多種多樣 ,各自的功能也不盡相同。從綜合的觀點看 ,還沒有一種十全十美的電路。 從電路隔離方式看,igbt驅(qū)動器可分成兩大類,一類采用光電耦合器,另一類采用脈沖變壓器,兩者均可實現(xiàn)信號的傳輸及電路的隔離。 下面以日本富士公司的 exb841 驅(qū)動器為例 ,簡單說明光電耦合驅(qū)動器的工作原理(見圖) 。圖中 + 20v驅(qū)動電源通過r1 和v5 分為+15v及 + 5v兩部分。當來自控制電路的控制脈沖進入光電耦合器v1 后 ,放大器使v3 導(dǎo)通 ,gbt柵極即得到一個 +15v 驅(qū)動信號并導(dǎo)通。當控制信號消失后 ,v4 導(dǎo)通 ,此時 igbt 即得到一個 - 5v 的柵源電壓并截止。igbt在導(dǎo)通期間過流時 ,會脫離飽和狀態(tài) ,此時 , uds升高。 驅(qū)動器內(nèi)的保護電路通過 v6 檢測到這一狀態(tài)后 ,一方面在 10μs 內(nèi)逐步降低柵壓 ,使 igbt進入軟關(guān)斷狀態(tài) ,另一方面通過光耦 v2 向控制電路發(fā)出過流信號。 光電耦合驅(qū)動器的最大特點是雙側(cè)都是有源的 ,由它提供的正向脈沖及負向封鎖脈沖的寬度可以不受限制 ,而且可以較容易地通過檢測 igbt通態(tài)集電極電壓實現(xiàn)各種情況下的過流及短路保護 ,并對外送出過流信號。目前國內(nèi)外都趨向于把這種驅(qū)動器做成厚膜電路的形式 ,因此具有使用較方便 ,一致性及穩(wěn)定性較好的優(yōu)點。其不足之處是需要較多的工作電源。 例如 ,全橋式開關(guān)電源一般需要四個工作電源 ,從而增加了電路的復(fù)雜性。驅(qū)動器中的光電耦合器盡管速度較高 ,但對脈沖信號仍會有 1μs左右的滯后時間 ,不適應(yīng)某些要求較高的場合。 光電耦合器的輸入輸出間耐壓一般為交流2500v ,這對某些場合是不夠的。例如 ,許多逆變焊機的輸出直接反饋到控制電路 ,而國家的有關(guān)標準卻規(guī)定焊機輸入輸出之間應(yīng)能承受交流 電壓 從而給電路的設(shè)計增加了困4000v ,難。另外 一旦 燒壞 驅(qū)動器通常也隨之, igbt ,燒毀 從而增加了維修的復(fù)雜性及費用。 ,

1 確定igbt門極容量 在設(shè)計和選購igbt 驅(qū)動器之前,必須首先知道igbt 的門極負荷q,這是一個十分重要的參數(shù),但在igbt 的技術(shù)參數(shù)中生產(chǎn)廠家一般并不直接給出,而需要我們借助其它參數(shù)得到。igbt 具有mosfet 的輸入級,在igbt的技術(shù)資料中往往有一個參數(shù)ciss,一般我們把它叫作輸入電容,該電容的測試往往是在ugs=0,uos=25v,f=1mhz 的情況下進行,由于密勒效應(yīng), 該值往往比在ugs= o v 時要小,根據(jù)實踐經(jīng)驗,igbt 的輸入電容一般滿足下面的公式 cin≈5ciss 一般simens 和 eupec 公司的igbt 滿足上述公式。 知道了igbt 的輸入電容cin,門極的負荷可以由下面公式得到 q=∫oidt= cin △ u。 △ u 代表門極的驅(qū)動電壓, 大多數(shù)的igbt 開通電壓+15v,關(guān)斷電壓-5v,因而△u= 2 0 v , 如應(yīng)用十分廣泛的e x b 8 4 1 系列。高電壓、大電流igbt 往往開通關(guān)斷均為15v,因而△ u= 3 0 v 。 2 開關(guān)頻率確定 開關(guān)頻率的大小不僅影響系統(tǒng)的控制精度,而且影響系統(tǒng)的整體性能,如運行效率,噪聲指標。開關(guān)頻率是所有電力電子變換器的一個重要參數(shù)。 根據(jù)igbt 的門極容量,儲存在igbt 輸入電容中的能量可以計算得到 每個脈沖周期柵極充放電各一次,因而驅(qū)動一只igbt 的功率為: f 為開關(guān)頻率。驅(qū)動器的平均輸出電流iout可以這樣得到: p=iout * △u 比較上面兩式q=iout / f 驅(qū)動器的平均電流在數(shù)據(jù)文檔可以找到,則igbt的最大允許開關(guān)頻率可以得到: 。 3 門極驅(qū)動電阻rg的選取 igbt 的開關(guān)時間是由驅(qū)動器對igbt 的輸入電容的充放電來控制, 增加門極輸出電流,igbt 開通時間和關(guān)斷時間會相應(yīng)縮短,開關(guān)損耗也會降低, rg主要是用來限制門極輸出的降值電流, rg可由下式確定: rg = △u / ipeak ipeak一般可以在驅(qū)動器數(shù)據(jù)文檔中找到。有些情況下,充放電峰值電流不同,門極電阻可以分別選取。 4 igbt驅(qū)動器的比較選擇 4.1 光電耦合和變壓器耦合式比較 光電耦合隔離式采用直流電源,輸出脈沖寬度可調(diào)。通過檢測集電極電壓實現(xiàn)過電流保護。具有使用方便穩(wěn)定性好的優(yōu)點。缺點是雙側(cè)均采用電源,電路復(fù)雜。比如exb841驅(qū)動器,光電耦合器輸入與輸出之間耐壓一般較低為交流2500v,但實際使用中設(shè)備承受力不符合其條件,給使用帶來限制。另外,一旦igbt 燒壞,驅(qū)動器受到損壞給維修帶來不便且不經(jīng)濟。 變壓器耦合隔離式不用專設(shè)的電源,線路簡單, 輸入輸出間耐壓高, 成本低、響應(yīng)快.缺點是igbt 關(guān)斷期間得不到持續(xù)的反向門極電壓,抗干擾能力差,且輸出脈沖寬度不可調(diào),不能實現(xiàn)過電流保護,并且由于漏感的存在使繞組的繞制工藝復(fù)雜容易出現(xiàn)振蕩。 4.2 igbt 驅(qū)動器選擇 目前市場上可見的驅(qū)動器:光電耦合隔離驅(qū)動器有日本富士exb841,國內(nèi)落木源電子ka101,日本英達hr065等。變壓器隔離式驅(qū)動器有美國unitrode公司uc3724-3725系列,還有專用的用來驅(qū)動一個橋臂上2個igbt的美國ir公司的ir2110及國內(nèi)落木源電子的kd303，還有德國西門子公司的skh121等?？晒┻x用的范圍很廣,應(yīng)用方便。但使用時應(yīng)注意過電流問題, 比如exb841 系列驅(qū)動器,采用era34-10 型快速二極管, 導(dǎo)通電壓為3v , 反向耐壓采用與igbt 相同的等級.可以實現(xiàn)自身過電流保護,但若igbt 過電流對其壽命是有影響的。解決辦法是: ①反串穩(wěn)壓管, 限制igbt 的電流為200a,使工作穩(wěn)定可靠且電路簡單;②采用電流傳感器進行直接限流.上述幾種驅(qū)動器由窄脈沖過電流無法限制,應(yīng)采用別的措施,在此不一一論述。

一個理想的 igbt 驅(qū)動器應(yīng)具有以下基本性能: (1)動態(tài)驅(qū)動能力強 ,能為 igbt 柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動脈沖。當 igbt 在硬開關(guān)方式下工作時 ,會在開通及關(guān)斷過程中產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗。這個過程越長 ,開關(guān)損耗越大。器件工作頻率較高時 ,開關(guān)損耗甚至會大大超過 igbt 通態(tài)損耗 ,造成管芯溫升較高。 這種情況會大大限制 igbt 的開關(guān)頻率和輸出能力 ,同時對 igbt的安全工作構(gòu)成很大威脅。 igbt的開關(guān)速度與其柵極控制信號的變化速度密切相關(guān)。igbt 的柵源特性呈非線性電容性質(zhì) ,因此 ,驅(qū)動器須具有足夠的瞬時電流吞吐能力 ,才能使 igbt 柵源電壓建立或消失得足夠快 ,從而使開關(guān)損耗降至較低的水平。 另一方面 ,驅(qū)動器內(nèi)阻也不能過小 ,以免驅(qū)動回路的雜散電感與柵極電容形成欠阻尼振蕩。同時 ,過短的開關(guān)時間也會造成主回路過高的電流尖峰 ,這既對主回路安全不利 ,也容易在控制電路中造成干擾。 ( 2) 能向 igbt提供適當?shù)恼驏艍?。 igbt導(dǎo)通后的管壓降與所加?xùn)旁措妷河嘘P(guān) ,在漏源電流一定的情況下 , u 越高 , u 就越低 ,gs ds器件的導(dǎo)通損耗就越小 ,這有利于充分發(fā)揮管子的工作能力。但是 并非越高越好 一般, ugs ,不允許超過 原因是一旦發(fā)生過流或短路20v , ,柵壓越高 則電流幅值越高 損壞的可能, ,igbt性就越大。通常 ,綜合考慮取 +15v 為宜。 (3) 能向 igbt 提供足夠的反向柵壓。在igbt關(guān)斷期間 ,由于電路中其它部分的工作 ,會在柵極電路中產(chǎn)生一些高頻振蕩信號。這些信號輕則會使本該截止的 igbt 處于微通狀態(tài) ,增加管子的功耗 ,重則將使逆變電路處于短路直通狀態(tài)。因此 ,最好給應(yīng)處于截止狀態(tài)的igbt加一反向柵壓(幅值一般為 5~15v) ,使igbt在柵極出現(xiàn)開關(guān)噪聲時仍能可靠截止。 (4)有足夠的輸入輸出電隔離能力。在許多設(shè)備中 與工頻電網(wǎng)有直接電聯(lián)系 而,igbt ,控制電路一般不希望如此。另外許多電路(如橋式逆變器)中的 的工作電位差別很大igbt ,也不允許控制電路與其直接耦合。因此 驅(qū)動,器具有電隔離能力可以保證設(shè)備的正常工作 ,同時有利于維修調(diào)試人員的人身安全。但是 ,這種電隔離不應(yīng)影響驅(qū)動信號的正常傳輸。 (5) 具有柵壓限幅電路 ,保護柵極不被擊穿。igbt柵極極限電壓一般為 ±20v ,驅(qū)動信號超出此范圍就可能破壞柵極。(6)輸入輸出信號傳輸無延時。這一方面能夠減少系統(tǒng)響應(yīng)滯后 ,另一方面能提高保護的快速性。 (7)電路簡單 ,成本低。 (8) igbt損壞時 ,驅(qū)動電路中的其它元件不會隨之損壞。igbt燒毀時 ,集電極上的高電壓往往會通過已被破壞的柵極竄入驅(qū)動電路 ,從而破壞其中的某些元件。 由于 igbt 承受過流或短路的能力有限 ,故 igbt驅(qū)動器還應(yīng)具有如下功能: (9)當 igbt處于負載短路或過流狀態(tài)時 ,能在 igbt允許時間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流 ,實現(xiàn) igbt 的軟關(guān)斷。其目的是避免快速關(guān)斷故障電流造成過高的 di/ dt。 在雜散電感的作用下 ,過高的 di/ dt 會產(chǎn)生過高的電壓尖峰 ,使 igbt 承受不住而損壞。同理 ,驅(qū)動電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸入信號的消失而受到影響 ,即應(yīng)具有定時邏輯柵壓控制的功能。當出現(xiàn)過流時 ,無論此時有無輸入信號 ,都應(yīng)無條件地實現(xiàn)軟關(guān)斷。 在各種設(shè)備中 ,二極管的反向恢復(fù)、電磁性負載的分布電容及關(guān)斷吸收電路等都會在igbt開通時造成尖峰電流。驅(qū)動器應(yīng)具備抑制這一瞬時過流的能力 ,在尖峰電流過后 ,應(yīng)能恢復(fù)正常柵壓 ,保證電路的正常工作。 (10)在出現(xiàn)短路、過流的情況下 ,能迅速發(fā)出過流保護信號 ,供控制電路進行處理。

MOSFET/IGBT驅(qū)動器集成電路應(yīng)用集萃

作 者:王水平等編

出版社:中國電力出版社

出版時間:2010-1-1MOSFET/IGBT驅(qū)動器集成電路應(yīng)用集萃

開 本:16開

ISBN:9787508387970

定價:￥48.00

第1章 單溝道式MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

1.1 FAN3100

1.2 FAN7361/FAN7362

1.3 FAN7371

1.4 MAX5048

1.5 MAX5078

1.6 MAX5079

1.7 MAX8535/MAX8536/MAX8585

1.8 MAX15024/MAX15025

1.9 TD220/TD221

1.10 PM8800A

1.11 ISL6401

1.12 ISL6721

1.13 ISL6722A/ISL6723A

1.14 ISL6801

1.15 ISL6840 ~ ISL6845

1.16 ISL6840A ~ ISL6845A

1.17 IR1166S

1.18 IRlI67AS/IRI167BS

1.19 IR2117S/IR2118S

1.20 IR2121

1.21 IR2122

1.22 IR2125/IR2125S

1.23 IR2127(S)/IR2128(S)/IR21271(S)

1.24 IR20153S

1.25 IRS2117(S)/IRS2118(S)

1.26 IRS2127(S)/IRS2128(S)/IRS21271(S)/IRS21281(S)

1.27 IRS21851S

1.28 TPS2330/TPS2331

1.29 TPS2390/TPS2391

1.30 TPS2392/TPS2393

1.31 TPS2393A

1.32 TPS2398/TPS2399

1.33 TPS2400

1.34 TPS2410/TPS2411

1.35 TPS2412/TPS2413

1.36 TPS2490/TPS2491

1.37 TPS2816 ~TPS2819/TPS2828/TPS2829

1.38 TPS2816 - Q1 ~ TPS2819 - Q1/TPS2828 - Q1/TPS2829 - Q1

1.39 LM5112

1.40 SG6902

1.41 UC1705/UC2705/UC3705

1.42 UC1710/UC2710/UC3710

1.43 UC2914/UC3914

1.44 UC2913/UC3913

1.45 UCC2917/UCC3917

1.46 UCC2919/UCC3919

1.47 UCC1921/UCC2921/UCC3921

1.48 UCC27321/2, UCC37321/2

1.49 APM7077/A

1.50 APM7078

1.51 EL7104

1.52 EL7154

1.53 EL7155

1.54 EL7156

1.55 EL7158

1.56 EL7182

第2章 IGBT專用運動器及應(yīng)用

2.1 EXB840/EXB841

2.2 EXB850/EXB851

2.3 M57959AL/M57959L

2.4 M57962AL/M57962L

2.5 IR2131/J/S

2.6 IR21141SS/IR22141SS

2.7 TD350

2.8 TD351

2 9 TD352

2.10 OM9401SF

2.11 OM9402SF

2.12 FAN7380

2.13 FAN7382

2.14 FAN7383

2.15 FAN7385

2.16 FAN7842

2.17 FAN73832

2.18 HIP2100

2.19 HIP2101

第3章 全橋式MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

3.1 HIP4020

3.2 HIP4080A

3.3 HIP4081A

3.4 HIP4082

3.5 IR2086S

3.6 ISL83202

3.7 ISLSa204A

第4章 電機控制式MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

4.1 HIP4083

4.2 HIP4086

4.3 IR2177S/IR22775

4.4 IR2238Q

4.5 IR21303C

4.6 IR2133/IR2135/J/S, IR2233/IR2235/J/S

4.7 IR21381Q/IR 2 2381Q

4.8 IR21771S/IR22771S

4.9 IRS2336D/IRS23364D

4.10 TD310

4.11 FAN7384

第5章 高速MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

5.1 EL7457

5.2 ISL55110/ISL55111

5.3 MD1210

5.4 MD1211

5.5 MD1213

5.6 MDI810

5.7 MD1811

5.8 MD1812/MD1813

參考文獻

第1章單溝道式MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

1.1FAN3100

1.2FAN7361/FAN7362

1.3FAN7371

1.4MAX5048

1.5MAX5078

1.6MAX5079

1.7MAX8535/MAX8536/MAX8585

1.8MAX15024/MAX15025

1.9TD220/TD221

1.10PM8800A

1.11ISL6401

1.12ISL6721

1.13ISL6722A/ISL6723A

1.14ISL6801

1.15ISL6840~ISL6845

1.16ISL6840A~ISL6845A

1.17IR1166S

1.18IRlI67AS/IRI167BS

1.19IR2117S/IR2118S

1.20IR2121

1.21IR2122

1.22IR2125/IR2125S

1.23IR2127(S)/IR2128(S)/IR21271(S)

1.24IR20153S

1.25IRS2117(S)/IRS2118(S)

1.26IRS2127(S)/IRS2128(S)/IRS21271(S)/IRS21281(S)

1.27IRS21851S

1.28TPS2330/TPS2331

1.29TPS2390/TPS2391

1.30TPS2392/TPS2393

1.31TPS2393A

1.32TPS2398/TPS2399

1.33TPS2400

1.34TPS2410/TPS2411

1.35TPS2412/TPS2413

1.36TPS2490/TPS2491

1.37TPS2816~TPS2819/TPS2828/TPS2829

1.38TPS2816-Q1~TPS2819-Q1/TPS2828-Q1/TPS2829-Q1

1.39LM5112

1.40SG6902

1.41UC1705/UC2705/UC3705

1.42UC1710/UC2710/UC3710

1.43UC2914/UC3914

1.44UC2913/UC3913

1.45UCC2917/UCC3917

1.46UCC2919/UCC3919

1.47UCC1921/UCC2921/UCC3921

1.48UCC27321/2,UCC37321/2

1.49APM7077/A

1.50APM7078

1.51EL7104

1.52EL7154

1.53EL7155

1.54EL7156

1.55EL7158

1.56EL7182

第2章IGBT專用運動器及應(yīng)用

2.1EXB840/EXB841

2.2EXB850/EXB851

2.3M57959AL/M57959L

2.4M57962AL/M57962L

2.5IR2131/J/S

2.6IR21141SS/IR22141SS

2.7TD350

2.8TD351

29TD352

2.10OM9401SF

2.11OM9402SF

2.12FAN7380

2.13FAN7382

2.14FAN7383

2.15FAN7385

2.16FAN7842

2.17FAN73832

2.18HIP2100

2.19HIP2101

第3章全橋式MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

3.1HIP4020

3.2HIP4080A

3.3HIP4081A

3.4HIP4082

3.5IR2086S

3.6ISL83202

3.7ISLSa204A

第4章電機控制式MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

4.1HIP4083

4.2HIP4086

4.3IR2177S/IR22775

4.4IR2238Q

4.5IR21303C

4.6IR2133/IR2135/J/S,IR2233/IR2235/J/S

4.7IR21381Q/IR22381Q

4.8IR21771S/IR22771S

4.9IRS2336D/IRS23364D

4.10TD310

4.11FAN7384

第5章高速MOSFET/IGBT驅(qū)動器及應(yīng)用

5.1EL7457

5.2ISL55110/ISL55111

5.3MD1210

5.4MD1211

5.5MD1213

5.6MDI810

5.7MD1811

5.8MD1812/MD1813

參考文獻