3120驅(qū)動IGBT電路

1、文件編號： RD09-APP-010 CBB規(guī)范HCPL3120驅(qū)動IGBT電路 (VER:V1.0)擬制： 時間： 2009-7-17 批準(zhǔn)： 時間： 2009-7-17 文件評優(yōu)級別： A優(yōu)秀 B良好 C一般 1 功能介紹該電路的功能為HCPL3120驅(qū)動小功率IGBT。2 詳細原理圖l 原邊輸入信號：PV+與PV- 光耦HCPL3120輸入信號PV+和PV-，該信號為同一相上下橋的驅(qū)動信號，兩個信號以差動方式輸入光耦，該方式可以避免驅(qū)動信號在出錯或干擾時出現(xiàn)上下橋同時導(dǎo)通直通。該信號為05V的電平信號。l 副邊電源：+V對VGND電壓為：15V-V對VGND電壓為： -10V+L對GN電

2、壓為：15V-L對 GN電壓為： -10Vl 副邊輸出信號：信號GV+為IGBT的門極關(guān)斷與驅(qū)動信號。該信號為10V+15V的電平信號。當(dāng)原邊光耦正向?qū)〞r，+V經(jīng)過電阻R1對IGBT門極充電,+10V以后IGBT導(dǎo)通。為保證完全可靠導(dǎo)通，減去三極管飽和壓降，GV=15-0.314.7V。當(dāng)原邊光耦反向截止時，V經(jīng)過電阻R1對IGBT門極放電,-5V以后IGBT關(guān)斷。為保證完全可靠關(guān)斷，V=100.2=9.8V。 其中R1，R3是一個調(diào)節(jié)開通與關(guān)斷速度的電阻，其值的大小影響IGBT的開關(guān)損耗，由于過硬與過軟的關(guān)斷都會影響IGBT的使用壽命，關(guān)斷時間過長將造成上下橋臂因控制電路上設(shè)置的延遲時間不

3、夠而短路，反之，開關(guān)時間過短，則電流變化率很大，引起很大的尖峰電壓Ldi/dt，并疊加在IGBT的C、E間，同時過快的關(guān)斷速度會造成很大的du/dt，經(jīng)過C、G間寄生反饋電容Cres的作用，易造成IGBT誤導(dǎo)通。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)示波器關(guān)斷的波形來調(diào)節(jié)其值。門極并聯(lián)1nF電容和反串的16V穩(wěn)壓二極管，限制大電流關(guān)斷時門極電壓過沖，并聯(lián)7.5K電阻，對門極電荷泄放。l 副邊輸入信號：驅(qū)動電路采用上下橋互鎖，采用3120，最大輸出電流2A，光藕并聯(lián)330PF電容抗干擾，串聯(lián)電阻選擇300歐姆，保證光藕有10mA電流，可靠開通。l HCPL3120內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： l 驅(qū)動輸入電路：經(jīng)DSP調(diào)制好的P

4、WM信號輸入到光耦HCPL的原邊2、3腳，經(jīng)光電耦合后將PWM信號傳到IGBT驅(qū)動側(cè)。 3 器件功能v 光耦PC1，PC2，強弱電安規(guī)隔離和信號傳輸；v 驅(qū)動電阻R1，R3，控制IGBT門極充放電的時間，即開通與關(guān)斷時間。v 泄放電阻R2，R4，防止IGBT誤導(dǎo)通；v 限流電阻R5，R6，其值的大小可調(diào)整光耦的原邊電流；v 去靜電電阻R7，R8: 對光耦的原邊起保護作用，防止損壞LED燈v 穩(wěn)壓二極管Z1Z4，盡量保證IGBT的門極電壓不超過±20V；v 電容C1C4，濾波電容，其值稍微選小點，濾掉高頻干擾。C1，C3保護光耦原邊，C2，C4保護IGBT。v 電容C5，C6：IC芯片

5、電源的去耦電容，保證電源紋波小，穩(wěn)定4 參數(shù)計算l R5與R6值的選取：輸入信號PV+和PV-為05V的電平信號，減去發(fā)光二極管的壓降1.4V,驅(qū)動電流約為：（5-1.4）/（150+150）=12（mA）,而光耦導(dǎo)通允許電流為7-16mA，12mA既能保證可靠導(dǎo)通而又留有一定余量。電阻功率P=0.012×0.012×1500.02瓦，這里選擇1/4瓦，降額為8。l R1、R3的選?。翰榭幢或?qū)動的IGBT的DATASHEET，根據(jù)其驅(qū)動電阻與開關(guān)損耗的曲線圖選取，一般選推薦值的1.52倍。具體的大小以裝機測試后實驗結(jié)果為準(zhǔn)。這里以FP50R12KT3為例，查得Qg=0.47

6、uC，C=3.5+1=4.5nF。設(shè)開關(guān)頻率為12K， 驅(qū)動電阻功率=0.09瓦，實際取值R1、R3為1/3瓦，降額為27。l R2、R4的選取：根據(jù)資料的推薦，取值范圍為5.1K10K，這里取值7.5K。l R7、R8的選?。簾o特別明確的規(guī)定，起保護光耦用，一般選擇2K10K。l C2、C4的選?。簩φ誌GBT的Cies進行選擇，一般C6應(yīng)小于Cies。查看資料FP50R12KT3的Cies=3.5nF，選取C6=1nF。針對目前B體積驅(qū)動故障問題，查看其功率器件FP10R12YT3的Cies=0.7nF及FP15R12KT3的Cies=1.1nF，此時若再并聯(lián)1nF的濾波電容，會影響IGB

7、T的開關(guān)特性，有的廠家不建議外接該電容。l 工作電源的設(shè)計：根據(jù)IGBT的開關(guān)特性，電源設(shè)計成(V)(V)15+10=25V，減去光耦副邊壓降，這樣IGBT驅(qū)動的開通電壓為14.7V，關(guān)斷電壓為-9.8V。l 門極保護器件的選?。浩骷2、C2、Z1、Z2、都是用來保護IGBT的門極，電阻R2為門極吸收電阻，用來釋放門極電荷防止誤導(dǎo)通和靜電損壞。電容C2為門極吸收電容，它用來減小IGBT的開關(guān)硬度和吸收門極的一些高頻噪聲。穩(wěn)壓管Z1、Z2是反串聯(lián)方式連接，穩(wěn)壓管的電壓等級選取依據(jù)是：門極驅(qū)動電壓<穩(wěn)壓管額定電壓<IGBT門極安全工作電壓（正負20V），這里選取16V穩(wěn)壓管，在反向電

8、流120mA內(nèi)，可穩(wěn)定電壓16+0.616.6V。l C1，C3的作用為濾掉高頻雜波，增加光耦抗干擾能力。當(dāng)光耦由截止到導(dǎo)通時其延遲時間t應(yīng)滿足，帶入數(shù)據(jù)得，從而t=112nS。截止頻率=804KHz。C1、C3值既能保證很小的延遲時間，又能濾掉一定的高頻雜波。l C5、C6的選取：此值與PCB的布線及工藝有關(guān)，電路中的雜波，耦合電路，高頻干擾均會影響IC電源的穩(wěn)定，所以一般要在其IC電源管腳處并接去耦電容，廠家的推薦取值為0.1uF。5 器件可靠性分析此電路已大批量應(yīng)用于我司產(chǎn)品，各項目測試指標(biāo)正常，目前未反饋故障情報。6 電路測試數(shù)據(jù)HCPL3120的原邊光耦有驅(qū)動電流時，對應(yīng)的副邊有輸出

9、電壓波形7 元器件清單：13-08-97-104片狀電容;100nF±10%-50V-0603-X7R0.1U-0603,0.1u2C5,C6SC060323-24-90-103片狀電阻;1/10W-10K±1%-060310K-0603,10k2R7,R8SR060333-24-94-151片狀電阻;1/4W-150±1%-1206(5%)150-1206,1502R5,R6SR120643-24-96-180片狀電阻;1/3W-18±1%-1210(5%)18-1210,182R1,R3SR121053-08-98-102片狀電容;1nF±5%-50V-0603-NPO1N-0603,1n2C2,C4SC060363-08-99-331片狀電容;330pF±5%-50V-0603-NPO(10%)330P-0603,330p2C1,C3SC060373-24-90-752片狀電阻;1/10W-7.5k±1%-06037.5K-0603,7.5k2R2