BOOST變換器設(shè)計(jì)

1、BOOST變換器設(shè)計(jì)41總體設(shè)計(jì)思路1.1設(shè)計(jì)目的升壓斬波電路是最基本的斬波電路之一，利用升壓斬波電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流 的升壓變化。所以，升壓斬波電路也可以認(rèn)為是直流升壓變壓器，升壓斬波電路的應(yīng)用主要是以Boost變換器實(shí)現(xiàn)的。升壓斬波電路的典型應(yīng)用有：一、直流電 動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，二、單相功率因數(shù)校正（Power Factor Correction PFC電路，三、交 直流電源。直流升壓斬波電路的應(yīng)用非常廣泛，原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)， 但是，設(shè)計(jì)一個(gè)性能較好變壓范圍大的 Boost變換器并非易事，本設(shè)計(jì)的目的也 就在于尋求一種性能較高的斬波變換方式和驅(qū)動(dòng)與保護(hù)裝置。1.2實(shí)現(xiàn)方案本設(shè)計(jì)主要分為五個(gè)

2、部分：一、直流穩(wěn)壓電源（整流電路）設(shè)計(jì)，二、Boost 變換器主電路設(shè)計(jì)，三、控制電路設(shè)計(jì)，四、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，五、保護(hù)電路設(shè)計(jì)。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單， 應(yīng)用基本的整流知識(shí)，該部分并非本設(shè)計(jì)的 重點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于主電路的設(shè)計(jì)，主電路一般由電感、電容、電力二極管、 和全控型器件IGBT組成，主電路的負(fù)載通常為直流電動(dòng)機(jī)，控制電路主要是實(shí) 現(xiàn)對(duì)IGBT的控制，從而實(shí)現(xiàn)直流變壓。主電路是通過 PWM方式來控制IGBT的 通斷,使用脈沖調(diào)制器SG3525來產(chǎn)生PW啲控制信號(hào)。設(shè)計(jì)主電路的輸出電壓為 75V,本設(shè)計(jì)米用閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，將輸出電壓反饋給控制端，由輸出電壓 與載波信號(hào)比較產(chǎn)

3、生PWM&號(hào)，達(dá)到負(fù)反饋穩(wěn)定控制的目的。220VSG3525脈寬控 制器驅(qū)動(dòng)電路圖1-1總電路原理框圖2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)2.1電源設(shè)計(jì)基本原理在電子電路及設(shè)備中一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。 這次設(shè)計(jì)的直流電源 為單相小功率電源，它將頻率為 50Hz、有效值為220V的單向交流電壓轉(zhuǎn)換為幅 值穩(wěn)壓、輸出電流為幾十安以下的直流電壓。其基本框圖如下：圖2-1直流穩(wěn)壓電源基本框圖圖2-2波形變換2.1.1變壓環(huán)節(jié)由于直流電壓源輸入電壓為 220V電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的 數(shù)值遠(yuǎn)小于電網(wǎng)電壓，因此需通過電源變壓器降壓后，再對(duì)小幅交流電壓進(jìn)行處 理。變壓器的電壓比及副邊電壓有效值取決

4、于電路設(shè)計(jì)和實(shí)際需要。2.1.2整流環(huán)節(jié)變壓器變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如 上圖所畫。可以看出，他們均含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作； 例如，交流分量將混入輸入信號(hào)被放大電路放電， 甚至在放大電路的輸出端所混 入的電源交流分量大于有用信號(hào)；因而不能直接作為電子電路的供電電源。 應(yīng)當(dāng) 指出，圖中整流電路輸出端所畫波形是未接濾波電路時(shí)的波形，接入濾波電路后波形將有所變化。2.1.3濾波環(huán)節(jié)為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑理想情況 下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使

5、濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。 對(duì)于穩(wěn)定性 不高的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。本設(shè)計(jì)采用LC濾波電路，這種電路具有較強(qiáng)適應(yīng)性，帶負(fù)載能力較強(qiáng)。二極管的導(dǎo)通角較大，整流管的沖擊電流較小。2.1.4穩(wěn)壓環(huán)節(jié)雖然整流濾波電路能將交流電壓變換成較為平滑的直流電壓，但是，一方面，由于輸入電壓平均值取決于變壓器副邊電壓的有效值，所以電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值也隨之產(chǎn)生；另一方面，由于整流電路內(nèi)阻存在，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)， 內(nèi)阻上的電壓將產(chǎn)生變化。因此，整流濾波電路輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng) 而波動(dòng)，隨著負(fù)載電阻的變化而變化。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采用 穩(wěn)壓措施。2.2穩(wěn)壓

6、電源總電路設(shè)計(jì)2.2.1總電路圖圖2-3穩(wěn)壓源主電路RI2.2.2電路工作原理變壓電路將220V市電經(jīng)過電源變壓器降壓后，變成15V左右的低幅交流電。 再通過整流電路將交流電流整流， 將正弦波電壓變成單一方向的脈動(dòng)電壓。 然后 通過LC濾波電路濾波，是輸出電壓平緩。最后通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出電壓，采BOOST變換器設(shè)計(jì)用具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出電壓， 該電路可調(diào)節(jié)輸出電壓，集成 運(yùn)放工作在深度負(fù)反饋，輸出電阻趨于零，因而電壓相當(dāng)穩(wěn)定。223直流穩(wěn)壓電源的相關(guān)參數(shù)對(duì)于直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，要考慮到其中幾項(xiàng)重要參數(shù)，如輸出電壓，輸 出電流的平均值，以及脈動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)等。對(duì)于輸入電壓，穩(wěn)壓管和

7、限流電阻的選 擇也是不可忽視的。在此章節(jié)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和總結(jié)。(1)輸出電壓平均值就是負(fù)載電阻上電壓的平均值U O (AV )U O ( AV ) = 2 冗n2_'厶 U 2 sin 3 td( 31)推導(dǎo)計(jì)算得a/2u 2U O ( AV )=0.45 U 2負(fù)載電流的平均值IU o ( av )0.45 UO ( AV ) =eRlRl將整流輸出電壓的基波峰值U 01 M與輸出電壓平均值U O(AV )之比定義為整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S，即可得出：S=U 01 M / U O ( AV )則單項(xiàng)橋式整流電路，輸出電壓的平均值1兀氏U O (AV ) =2 U 2 sin 3 t

8、d(n 02 J2U 23 t)=由此推出輸出電流的平均值 丨O ( AVU O ( AV )0.9U 2RlRl(2) 濾波電路輸出電壓平均值Uo(AV)= .2U 2(1 TlC)4 r c由此可推出脈動(dòng)系數(shù)s 1 /(t(3)對(duì)于任何穩(wěn)壓電路，均可用穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻R 0來描述其1)6BOOST變換器設(shè)計(jì)穩(wěn)壓性能。Sr定義為負(fù)載一定時(shí)穩(wěn)壓電路輸出電壓相對(duì)變化量與其輸入電壓 相對(duì)變化量之比，即SrU 0/U 0 U I/U I|Rl常數(shù)-|Rl常數(shù)81Sr表示電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，其值愈小，電網(wǎng)電壓變化時(shí)輸出電壓的變化愈小。式中U I為整流濾波后的電流電壓。 穩(wěn)壓電路輸入電壓U I的選

9、擇一般選取U I = (23) U 0Ro為輸出電阻，是穩(wěn)定電路輸入電壓輸入一定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比，即Ro U 0 IoRo表示負(fù)載電阻對(duì)穩(wěn)定性能的影響。3 Boost主電路設(shè)計(jì)3.1 Boost電路工作原理當(dāng)開關(guān)S在位置a時(shí)，如圖5所示電流iL流過電感線圈L,電流線性增加， 電能以磁能形式儲(chǔ)在電感線圈 L中。此時(shí)，電容C放電，R上流過電流I。，R兩 端為輸出電壓V>,極性上正下負(fù)。由于開關(guān)管導(dǎo)通，二極管陽極接Vs負(fù)極，二極管承受反向電壓，所以電容不能通過開關(guān)管放電。 開關(guān)S轉(zhuǎn)換到位置b時(shí)，構(gòu) 成電路如2(b)所示，由于線圈L中的磁場(chǎng)將改變線圈L兩端的電壓極性，以保 持

10、i l不變。這樣線圈L磁能轉(zhuǎn)化成的電壓VL與電源Vs串聯(lián)，以高于 V電壓向電 容C、負(fù)載R供電。高于Vo時(shí)，電容有充電電流；等于Vo時(shí)，充電電流為零；當(dāng) V。有降壓趨勢(shì)時(shí)，電容向負(fù)載 R放電，維持Vo不變。Vin匚'IiLDiO圖3-1升壓斬波電路3.1.1各元器件功能Q開關(guān)管IGBT。D截流二極管,在Ton時(shí)防止C中電路流過Q L升壓電感，起儲(chǔ)能及電壓提升作用。C輸出濾波電容，起儲(chǔ)能作用。3.1.2工作原理QDLCQ導(dǎo)通 時(shí)截止，防止Vc作用于Q自感電動(dòng)勢(shì)與Vin相反,隨iL值上升L儲(chǔ)能 增加放電Q關(guān)閉 時(shí)導(dǎo)通，使Vin和L之疊加 的高電壓作用于C及負(fù)載自感電動(dòng)勢(shì)與Vin相同并疊加升

11、壓作用于 C與負(fù)載,隨iL值下降L釋放能量充電注：該電路不能空載，否則會(huì)因L上積累的能量不能消耗而導(dǎo)致開關(guān)器件損壞。BOOST變換器設(shè)計(jì)3.1.3電路各點(diǎn)波形12ip.I Lmax_ . _I Lminb -1 LmaxI Lmin、一 I Lmax-d LminJ1VinJrVo-VinVbetLQDtVbeDtTon 二 ToffLtI Lmax-QtI Lmax tVinTon ToffI Lmax一一一Vo-Vin電感電流連續(xù)電感電流不連續(xù)3.1.4電感電流連續(xù)與不連續(xù)之分析（1 ）特性比較項(xiàng)目電感電流連續(xù)電感電流不連續(xù)出現(xiàn)條件連續(xù)狀態(tài)L及Po值適當(dāng)，在Q導(dǎo)通前L中仍有能量存在丄A.,

12、2 iL < S不連續(xù)狀態(tài)L值過小或Po過小，在Q導(dǎo)通前L中有能量已完全釋放。十Is輸出電壓紋波小大（須較大C值方能減?。┹敵鲭娏骷y波小大（須較大C值方能減小）電感電流連續(xù)脈動(dòng)不連續(xù)同Po時(shí)iL峰值小大電壓增益MVo1M= = Vs 1-DVoI sD+D'M=,VsI oDDD'1 + /1 + 2D7©- 1DM= 2吃=2 三+貢（D'為二極管導(dǎo)通占空比RT）3.1.5主電路參數(shù)分析主電路中需要確定參數(shù)的元器件有 IGBT、二極管、直流電源、電感、電阻 值的確定，其參數(shù)確定過程如下。（1）對(duì)于電源，要求輸入電壓為10-30V，且連續(xù)可調(diào)。其直流穩(wěn)壓

13、電源模塊的 設(shè)計(jì)已在前面完成。所以該直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源。（2）對(duì)于電阻，因?yàn)楫?dāng)輸出電壓為75V時(shí)，輸出電流為0.1-1A。所以由歐姆定 律可得負(fù)載電阻值為 R Uo Em，可得到電路電阻應(yīng)該在15 150 。Id（3） 對(duì)于IGBT的選擇，由圖4易知當(dāng)IGBT截止時(shí)，回路通過二極管續(xù)流，此時(shí) IGBT兩端承受最大正壓為30V;而當(dāng) =1時(shí)，IGBT有最大電流，其值為1A。故 需選擇集電極最大連續(xù)電流Ic>1A，反向擊穿電壓Bvceo>30V的IGBT。而一般的 IGBT基本上都可以滿足這個(gè)要求。（4）對(duì)于二極管的選擇，當(dāng) =1時(shí)，其承受最大反壓30V;而當(dāng) 趨近于1時(shí), 其承

14、受最大電流趨近于1A,故需選擇額定電壓大于 30V,額定電流大于1A的二 極管。（5）主電路的設(shè)計(jì)除了要選擇IGBT和二極管，還需要確定電感的參數(shù)，但電感參數(shù)的計(jì)算是非常復(fù)雜的，在此對(duì)電感不予計(jì)算，認(rèn)定電感值L很大。4控制電路設(shè)計(jì)4.1 PWM控制芯片 SG3525隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFE在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美 國(guó)硅通用半導(dǎo)體公司（Silico n Ge neral ）推出 SG3525 SG3525是用于驅(qū)動(dòng) N 溝道功率MOSFET其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評(píng)。 SG3525系列PWM控制器分軍 品、工業(yè)品、民品三個(gè)等級(jí)。下面我們對(duì) SG3525特點(diǎn)、弓I腳功能、電

15、氣參數(shù)、 工作原理以及典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反 饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號(hào)與 誤 差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤 差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓 調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新 型控制器。SG3525引腳圖I. 1 nv.input（引腳1）:誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋 信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳 9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2. Non

16、inv.input（引腳2）:誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。3.Sync（引腳3）:振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn) 與外電路同步。4.OSC.Output（引腳4）:振蕩器輸出端。5. CT（引腳5）:振蕩器定時(shí)電容接入端。6. RT （引腳6）:振蕩器定時(shí)電阻接入端。7. Discharge（引腳7）:振蕩器放電端。該端與引腳 5之間外接一只放電電阻， 構(gòu)成放電回路。8.Soft-Start（ 引腳8）:軟啟動(dòng)電容接入端。該

17、端通常接一只5的軟啟動(dòng)電容。9.Compensation（引腳9）: PWM匕較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10.Shutdown（引腳10）:外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁 止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。II. Output A （引腳11）:輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12. Ground（引腳12）:信號(hào)地。13. Vc（引腳13）:輸出級(jí)偏置電壓接入端。14.Output B （引腳14）:輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15. VCC （引腳15）:

18、偏置電源接入端。16. Vref（引腳16）:基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。 特點(diǎn)如下：（1）工作電壓范圍寬：835V。（2）5.1 （1 1.0%） V微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3） 振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz 400KHZ.（4）具有振蕩器外部同步功能。（5）死區(qū)時(shí)間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。（7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（8）具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。BOOST變換器設(shè)計(jì)(9) 逐個(gè)脈沖關(guān)斷。(10) 雙路輸出(灌電流/拉電流)：mA(峰值)4.2控制電路原理19圖4-1控制電路原理圖SG3525有過流保護(hù)的功能，可以通過改變10腳電壓的高低來控制脈沖波的 輸

19、出。因此可以將驅(qū)動(dòng)電路輸出的過流保護(hù)電流信號(hào)經(jīng)一電阻作用，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)來進(jìn)行過流保護(hù)，如圖所示。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到過流時(shí)發(fā)出電流信號(hào)，由于電阻的作用將10腳的電位抬高，從而11、14腳輸出低電平，而當(dāng)其沒有過流時(shí)， 10腳一直處于低電平，從而正常的輸出 PWM波。5驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)Title5.1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)基本思想SizeNumberBotel 文件MyDesi gn 1.ddb多絕緣柵雙極型晶體管 IGBT(I nsulated Gate Bipolar Tran sistor) Date：是一種1 由雙極型晶體管與MOSFE組合的器件，它既具有MOSFE的柵極電壓控制快速開。tel 關(guān)特性，

20、又具有雙極型晶體管大電流處理能力和低飽和壓降的特點(diǎn)，近年來在各種電能變換裝置中得到了廣泛應(yīng)用。但是，IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路影響IGBT的通 態(tài)壓降、開關(guān)時(shí)間、快開關(guān)損耗、承受短路電流能力及du/dt等參數(shù)，并決定了IGBT靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性。因此設(shè)計(jì)高性能的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路是安全使用IGBT的關(guān)鍵技術(shù)。5.1.1 IGBT 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求(1) 觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度，即脈沖前后沿要陡峭；(2) 柵極串連電阻Rg要恰當(dāng)。Rg過小，關(guān)斷時(shí)間過短，關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的集電極 尖峰電壓過高；Rg過大，器件的開關(guān)速度降低，開關(guān)損耗增大；(3) 柵射電壓要適當(dāng)。增大柵射正偏壓對(duì)減小開通損耗和導(dǎo)通損耗有

21、利，但也會(huì)使管子承受短路電流的時(shí)間變短， 續(xù)流二極管反向恢復(fù)過電壓增大。 因此，正 偏壓要適當(dāng)，通常為+15V。為了保證在C-E間出現(xiàn)dv/dt噪聲時(shí)可靠關(guān)斷，關(guān)斷 時(shí)必須在柵極施加負(fù)偏壓，以防止受到干擾時(shí)誤開通和加快關(guān)斷速度， 減小關(guān)斷 損耗，幅值一般為-(510) V;(4) 當(dāng)IGBT處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時(shí)，能在IGBT允許時(shí)間內(nèi)通過逐漸降低 柵壓自動(dòng)抑制故障電流，實(shí)現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸 入信號(hào)的消失而受到影響。5.1.2驅(qū)動(dòng)芯片EXB841的控制原理EXB8 4的驅(qū)動(dòng)電路主要有三個(gè)工作工作過程：正常開通過程、正常關(guān)斷過程和過流保護(hù)動(dòng)作過程。14和 15兩腳

22、間外加PWMI制信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號(hào)施加于 14和15引腳時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時(shí)， 在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。過流保護(hù)動(dòng)作過程是根據(jù)IGBT的CE極 間電壓Uce的大小判定是否過流而進(jìn)行保護(hù)的，Uce由二極管Vd7檢測(cè)。當(dāng)IGBT 開通時(shí)，若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障，Uce會(huì)上升很多，使得Vd7截止， EXB84的6腳“懸空” ，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開始由約6V上升，當(dāng)上升至13V時(shí)，Vz1 被擊穿，V3導(dǎo)通，C4®過R7和 V3放電，E點(diǎn)的電壓逐漸下降，V6導(dǎo)通，從而使 IGBT的GE間電壓Uce下降，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，完成

23、EXB84對(duì)IGBT的保護(hù)。射極電 位為-5.1V，由EXB84內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管 Vz2決定。作為IGBT的專用驅(qū)動(dòng)芯片，EXB84有著很多優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足一般用戶的要 求。但在大功率高壓高頻脈沖電源等具有較大電磁干擾的全橋逆變應(yīng)用中，其不足之處也顯而易見。(1) 過流保護(hù)閾值過高。通常IGBT在通過額定電流時(shí)導(dǎo)通壓降 Uce約為3.5V， 而EXB84的過流識(shí)別值為7.5V左右，對(duì)應(yīng)電流為額定電流的23倍，此時(shí)IGBT 已嚴(yán)重過流。(2) 存在虛假過流。一般大功率IGBT的導(dǎo)通時(shí)間約為1 pS左右。實(shí)際上，IGBT導(dǎo)通時(shí)尾部電壓下降是較慢的。實(shí)踐表明，當(dāng)工作電壓較高時(shí)，Uce下降至飽和導(dǎo)通時(shí)間

24、約為45p，而過流檢測(cè)的延遲時(shí)間約為2.7 ps.因此，在IGBT開通過 程中易出現(xiàn)虛假過流。為了識(shí)別真假過流，5腳的過流故障輸出信號(hào)應(yīng)延遲5ps，以便保護(hù)電路對(duì)真正的過流進(jìn)行保護(hù)。(3) 負(fù)偏壓不足。EXB84使用單一的20V電源產(chǎn)生+15V和-5V偏壓。在高電壓大電流條件下，開關(guān)管通斷會(huì)產(chǎn)生干擾，使截止的IGBT誤導(dǎo)通。(4) 過流保護(hù)無自鎖功能。在過流保護(hù)時(shí)，EXB84對(duì)IGBT進(jìn)行軟關(guān)斷，并在5腳輸出故障指示信號(hào)，但不能封鎖輸入的PWM控制信號(hào)。(5) 無報(bào)警電路。在系統(tǒng)應(yīng)用中，IGBT發(fā)生故障時(shí)，不能顯示故障信息，不便 于操作。針對(duì)以上不足，可以考慮采取一些有效的措施來解決這些問題。

25、以下結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用的具體電路加以說明。5.2驅(qū)動(dòng)電路基本原理如圖所示，其工作電源為獨(dú)立電源20±V，內(nèi)部含有-5V穩(wěn)壓電路，為ICBT 的柵極提供+15V的驅(qū)動(dòng)電壓，關(guān)斷時(shí)提供-5V的偏置電壓，使其可靠關(guān)斷。當(dāng) 腳15和腳14有10mA電流通過時(shí)，腳3輸出高電平而使IGBT導(dǎo)通；而當(dāng)腳15 和腳14無電流通過時(shí)，腳3輸出低電平使ICBT關(guān)斷；若ICBT導(dǎo)通時(shí)，若承受 短路電流，則其電壓 滄隨電流的增大迅速上升，腳6懸空，腳3電位開始下降， 從而逐漸關(guān)斷ICBT。圖5-1 EXB841內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖利用EXB841驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)其驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖所示，兩個(gè)47uf電容用于吸收噪音，在腳3

26、輸出脈沖的同時(shí)，通過快速二極管 VD1檢測(cè)IGBT的CE 間的電壓。當(dāng)Vce>7V時(shí)，過流保護(hù)電流控制運(yùn)算放大器，使其輸出軟關(guān)斷信號(hào)， 將腳3輸出電平降為Q因EXB841無過流自鎖功能，所以外加過流保護(hù)電路， 一旦產(chǎn)生過流，可通過外接光耦 TLP521將過流保護(hù)信號(hào)輸出至控制電路，經(jīng)過 一定延時(shí)，以防止誤動(dòng)作和保證進(jìn)行軟關(guān)斷，然后由觸發(fā)器鎖定，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，將 上圖與下圖聯(lián)系起來即可得到電路的控制驅(qū)動(dòng)部分。利用EXB841驅(qū)動(dòng)芯片可畫出其驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下圖所示。wax警a過說保護(hù)截出尹I11irhri圖5-2驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5-2所示，兩個(gè)47uf電容用于吸收高頻噪音，在腳3輸出脈沖的同

27、時(shí)， 通過快速二極管VD1檢測(cè)IGBT的CE間的電壓。當(dāng)Vce>7V時(shí)，過流保護(hù)電流控 制運(yùn)算放大器，使其輸出軟關(guān)斷信號(hào)，將腳 3輸出電平降為Q因EXB841無過 流自鎖功能，所以外加過流保護(hù)電路，一旦產(chǎn)生過流，可通過外接光耦TLP521將過流保護(hù)信號(hào)輸出至控制電路，經(jīng)過一定延時(shí)，以防止誤動(dòng)作和保證進(jìn)行軟關(guān) 斷，然后由觸發(fā)器鎖定，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，將圖6與圖8聯(lián)系起來即可得到電路的控制 驅(qū)動(dòng)部分。6保護(hù)電路設(shè)計(jì)6.1過電壓保護(hù)電路對(duì)于IGBT開關(guān)速度較高，IGBT關(guān)斷時(shí)及FW逆向恢復(fù)時(shí)，產(chǎn)生很高的di/dt ， 由于模塊周圍的接線的電感，就產(chǎn)生了 L di/dt電壓.關(guān)斷浪涌電壓關(guān)斷浪涌電 壓，

28、因IGBT關(guān)斷時(shí)，主電路電流急劇變化，在主電路分布電感上，就會(huì)產(chǎn)生較 高的電壓，抑制方法的方法主要有：（1）在IGBT中裝有保護(hù)電路（二緩沖電路）可吸浪涌電壓。緩沖電路的電容， 采用薄膜電容，并靠近IGBT配置，可使高頻浪涌電壓旁路。調(diào)整IGBT的驅(qū)動(dòng)電路的VCe或FC,使di/dt最小，盡量將電件電容靠近IGBT安 裝，以減小分布電感，采用低阻抗型的電容效果更佳。（2）為降低主電路及緩沖電路的分布電感，接線越短越粗越好，用銅片作接線效果更佳。在此基礎(chǔ)上選擇緩沖電路，由于緩沖電路的種類繁多，在這里我選用RCD8沖電路，作為對(duì)IGBT的保護(hù)，其特點(diǎn)如下： 關(guān)斷浪涌電壓抑制效果好。（3）與Rc緩沖

29、電路不同。因加了緩沖二極管使緩沖電阻變大， 因而避開了開通 時(shí)IGBT功能受到限制的問題。（4） 緩沖電路中的損耗（主要由緩沖電阻產(chǎn)生）非常大，因而不適用于高頻開 關(guān)用途。3圖6-1保護(hù)緩沖電路圖6.2過電流保護(hù)電路一旦發(fā)生短路，IGBT的集電極增加到既定的直，則C E間的電壓急劇增加。 根據(jù)這種特性，可以將短路時(shí)的集電極電流降到一定數(shù)值以下，但是在 IGBT上 還有外加的高電壓，大電流的大負(fù)載，必須在盡量短的時(shí)間內(nèi)解除。從發(fā)生短路 起到電源切斷的時(shí)間也受限制，其產(chǎn)生的原因主要有：（1）晶體管或二極管的破壞。（2）控制電路，驅(qū)動(dòng)電路的故障或由于雜波產(chǎn)生的誤動(dòng)作（3）配線工作等人為失誤以及負(fù)荷絕緣的破壞。FU熔斷