IGBT驅(qū)動器igbt驅(qū)動器的要求

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(dāng) 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?xí)蟠蟪^ 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(dāng)?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?fàn)顟B(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(dāng) igbt處于負(fù)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(dāng)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(fù)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。

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(dāng)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(dāng)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fù)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(biāo)。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。可供選用的范圍很廣,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。

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