高頻電源模塊的驅(qū)動電路的設計與研究

1、高頻電源模塊的驅(qū)動電路的設計與研究 1、驅(qū)動電路的基本要求一個理想的IGBT驅(qū)動電路應具有以下基本性能：(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)動電壓脈沖；(2IGBT導通后，柵極驅(qū)動電路提供給IGBT的驅(qū)動電壓和電流要有足夠的幅度，使IGBT的功率輸出級總處于飽和狀態(tài)，瞬時過載時，柵極驅(qū)動電路提供的驅(qū)動功率要足以保證IGBT不退出飽和區(qū)而損壞；(3能向IGBT提供適當?shù)恼驏艍?，一般?15V為宜；(4能向IGBT提供足夠的反向柵壓，利于IGBT的快速關(guān)斷，幅值一般為5V-15V；(5由于IGBT多用于高壓場合，驅(qū)動電路必需有足夠的輸入輸出電隔離能力且不影響驅(qū)動信號的正常傳

2、輸；(6具有柵壓限幅電路，保護柵極不被擊穿；(7輸入輸出信號傳輸具有盡可能短的延時；(8當IGBT負載短路或過流時，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)軟關(guān)斷；(9當出現(xiàn)過流、短路等情況時能迅速發(fā)出過流保護信號供給控制電路進行處理。2、驅(qū)動器的選擇目前，市場上常見的驅(qū)動器有日本富士EXB系列、日本英達HR系列、日本三菱M579系列及美國Unitrode公司的UC系列，它們功能大致相同，但也有許多不同之處。目前國內(nèi)流行使用的EXB841不具備定時邏輯柵壓控制的功能，過流時若驅(qū)動器入口信號消失，則其出口信號隨之消失而損壞IGBT，且關(guān)斷負壓5V不夠可靠。HR065的短路保護

3、穩(wěn)定，但可靠性差。經(jīng)過對比分析，我們選用日本三菱公司的M57962ALM57962AL驅(qū)動器。該驅(qū)動器具有如下特點:(1采用高速光偶隔離，輸入輸出隔離絕緣強度高 ；(2輸入輸出電平與TTL電平兼容，適于單片機控制；(3內(nèi)部有定時邏輯短路保護電路，同時具有廷時保護特性；(4具有可靠通斷措施(采用雙電源供電；(5驅(qū)動功率大，可以驅(qū)動600A/600V或400A/1200V的IGBT模塊。M57962AL是厚模單列直插式封裝，是從左至右依次編號，其中912為空端。各引腳功能如下：1端和2端：故障檢測輸入端；4端：接正電源VCC ；5端：驅(qū)動信號輸出端 ；6端：接負電源VEE ；8端：故障信號輸出 ；

4、13端和14端：驅(qū)動信號輸入端。 圖1 M57962AL芯片的外觀尺寸圖 M57962AL芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部保護電路。 圖2 M57962AL芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3 M57962AL的內(nèi)部保護電路圖 3、 驅(qū)動電路的實現(xiàn)IGBT的驅(qū)動電路原理圖。 圖4 IGBT的驅(qū)動電路原理圖 圖中Q1為由控制電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號輸入，fault為本驅(qū)動電路在檢測到過流等故障時發(fā)出的故障檢測信號。C1、G1、E1分別接IGBT的源、柵、漏級。驅(qū)動電路的供電采用單電源加穩(wěn)壓管方式，主要考慮了以下幾個方面的問題。(1 穩(wěn)壓管D的合理選擇驅(qū)動器M57962AL通過檢測IGB T的通態(tài)飽和壓降（即1腳的電壓U1）來判

5、斷是否過流，當檢測出IGBT的柵極和源極同為高電平時就判斷為過流，此時降低柵極驅(qū)動電壓。并通過光耦向控制電路發(fā)出故障信號。IGBT正常工作時的通態(tài)壓降一般為2.5V3.0V。而M57962AL的過流檢測端的閥值電壓Ucs設計為10V。如此高的閥值電壓對諸如橋臂直通、負載短路等情況有一定的保護作用。但動作非常遲緩，甚至起不到保護作用。因此必須降低過流保護閥值，方法是在檢測端串聯(lián)一穩(wěn)壓管D2，通過實驗來確定穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。它們之間滿足如下關(guān)系：當芯片1腳的電壓U1達到過流檢測端的閥值電壓UCS，M57962AL軟降柵壓，同時發(fā)出故障信號。VD2選取越大則允許的VCE越小，IGBT允許流過的電流值亦

6、越小。在本課題研究中，設定的管壓保護值為4.2V，對應的保護電流值為300A，所以采用的穩(wěn)壓管D2的壓降為(2VCC、VEE的選取由于IGBT導通后的管壓降與所加正向柵壓有關(guān)，在漏源電流一定的情況下，正向柵壓增加時，通態(tài)壓降下降，器件導通損耗減小。但若發(fā)生過流或短路，正向柵壓越高，則電流幅值越高，IGBT越易損壞。對集電極額定電流200A的IGBT來說，VCC選擇+12V+15V比較合適，在這一點通態(tài)接近飽和值，是IGBT工作的最佳點。而為使IGBT在關(guān)斷期間可靠截止，給處于截止狀態(tài)的IGBT外加10V左右的反向柵壓VEE比較合適。實現(xiàn)電路中考慮到簡化輔助電源設計的因素，采用24V單電源外加9

7、.1V穩(wěn)壓管的方式為驅(qū)動電路供電。即：VCC15V，VEE9V。(3柵極電阻Rg的選取柵極驅(qū)動電阻的取值非常重要，適當數(shù)值的柵極電阻能有效地抑制振蕩、減緩開關(guān)開通時間、改善電流上沖波形、減小電壓浪涌。從安全可靠性角度來說，應當取較大的柵電阻，但是，較大的柵電阻影響開關(guān)速度、增加開關(guān)損耗。從提高工作頻率角度，應當取較小的柵電阻。一般情況下，可靠性是第一位的，因此使用中傾向于取較大值的電阻。柵極電阻的最佳值應當通過實驗確定。本文中經(jīng)過實驗調(diào)試，選擇Rg=4.7。(4電容Ctrip的選取M57962AL與M57962L的不同之處就在于，M57962AL利用改變引腳2，4之間的電容Ctrip可以對短路

8、保護檢測時間進行調(diào)整，應用比較靈活。若2腳懸空，短路保護檢測時間為2.6s，保護動作太靈敏常容易引起誤動作。為此，通過接在2，4腳之間一個電容Ctrip來調(diào)節(jié)保護時間，選取1000pF左右的電容，保護時間大約為3s。若保護仍然過于敏感，可改用3300pF的電容，此時保護時間約為6s。此外，對于M57962AL驅(qū)動電路，在以下兩種情況容易導致驅(qū)動電路失去負偏壓：一是產(chǎn)生負偏壓的穩(wěn)壓二極管D2被擊穿短路；二是驅(qū)動電路在單電源供電時 ，因失去電源供電電壓的時候。此時若按傳統(tǒng)的M57962AL單電源供電的典型接法(）。在正常情況下，D4導通，M57962AL的8腳為高電平，D1截止，VT導通，光耦輸出呈低阻態(tài)，故障信號為低電平，表現(xiàn)為無故障。過流保護時，D4導通，M57962AL的8腳為低電平，D1導通，VT截止，光耦輸出呈高阻態(tài)，故障信號為高電平，表現(xiàn)為有故障發(fā)生。如果穩(wěn)壓二極管D2擊穿短路，則D4截止，VT截止，光耦輸出呈高阻態(tài)，同樣給出故障信號。如果驅(qū)動電路失去+24V電壓，則光耦無電流流過，仍然表現(xiàn)為故障保護。這樣就