驅(qū)動電路的作用是將單片機輸出的脈沖進行功率放大

1、驅(qū)動電路的作用是將單片機輸出的脈沖進行功率放大,以驅(qū)動IGBT.保證IGBT的可靠工作,驅(qū)動電路起著至關(guān)重要的作用,對IGBT驅(qū)動電路的基本要求如下: (1) 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?使IGBT可靠的開通和關(guān)斷. (2) 提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時電流,使IGBT能迅速建立柵控電場而導(dǎo)通. (3) 盡可能小的輸入輸出延遲時間,以提高工作效率. (4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能,使信號電路與柵極驅(qū)動電路絕緣. (5) 具有靈敏的過流保護能力.第一種驅(qū)動電路EXB841/840 EXB841工作原理如圖1,當(dāng)EXB841的14腳和15腳有10mA的電流流過1us以后IGBT正常開通,VC

2、E下降至3V左右,6腳電壓被鉗制在8V左右,由于VS1穩(wěn)壓值是13V,所以不會被擊穿,V3不導(dǎo)通,E點的電位約為20V,二極管VD,截止,不影響V4和V5正常工作.     當(dāng)14腳和15腳無電流流過,則V1和V2導(dǎo)通,V2的導(dǎo)通使V4截止、V5導(dǎo)通,IGBT柵極電荷通過V5迅速放電,引腳3電位下降至0V,是IGBT柵一射間承受5V左右的負偏壓,IGBT可靠關(guān)斷,同時VCE的迅速上升使引腳6“懸空”.C2的放電使得B點電位為0V,則V S1仍然不導(dǎo)通,后續(xù)電路不動作,IGBT正常關(guān)斷.     如有過流發(fā)生,IGB

3、T的V CE過大使得VD2截止,使得VS1擊穿,V3導(dǎo)通,C4通過R7放電,D點電位下降,從而使IGBT的柵一射間的電壓UGE降低,完成慢關(guān)斷,實現(xiàn)對IGBT的保護.由EXB841實現(xiàn)過流保護的過程可知,EXB841判定過電流的主要依據(jù)是6腳的電壓,6腳的電壓不僅與VCE有關(guān),還和二極管VD2的導(dǎo)通電壓Vd有關(guān). 典型接線方法如圖2,使用時注意如下幾點: a、 IGBT柵-射極驅(qū)動回路往返接線不能太長(一般應(yīng)該小于1m),并且應(yīng)該采用雙絞線接法,防止干擾. b、 由于IGBT集電極產(chǎn)生較大的電壓尖脈沖,增加IGBT柵極串聯(lián)電阻RG有利于其安全工作.但是柵極電阻RG不能太大也不能太小,如果RG增

4、大,則開通關(guān)斷時間延長,使得開通能耗增加;相反,如果RG太小,則使得di/dt增加,容易產(chǎn)生誤導(dǎo)通. c、 圖中電容C用來吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化,并不是電源的供電濾波電容,一般取值為47 F. d、 6腳過電流保護取樣信號連接端,通過快恢復(fù)二極管接IGBT集電極. e、 14、15接驅(qū)動信號,一般14腳接脈沖形成部分的地,15腳接輸入信號的正端,15端的輸入電流一般應(yīng)該小于20mA,故在15腳前加限流電阻. f、 為了保證可靠的關(guān)斷與導(dǎo)通,在柵射極加穩(wěn)壓二極管. 第二種 M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動電路 M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動電路采用雙電源(+15V,-

5、10V)供電,輸出負偏壓為-10V,輸入輸出電平與TTL電平兼容,配有短路/過載保護和封閉性短路保護功能,同時具有延時保護特性.其分別適合于驅(qū)動1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其以下的IGBT.M57959L/M57962L在驅(qū)動中小功率的IGBT時,驅(qū)動效果和各項性能表現(xiàn)優(yōu)良,但當(dāng)其工作在高頻下時,其脈沖前后沿變的較差,即信號的最大傳輸寬度受到限制.且厚膜內(nèi)部采用印刷電路板設(shè)計,散熱不是很好,容易因過熱造成內(nèi)部器件的燒毀.日本三菱公司的M57959L集成IGBT專用驅(qū)動芯片它可以作為600V/200A或者1200V/100A的IGBT驅(qū)動.

6、其最高頻率也達40KHz,采用雙電源供電(+15V和-15V)輸出電流峰值為±2A,M57959L有以下特點: (1) 采用光耦實現(xiàn)電器隔離,光耦是快速型的,適合20KHz左右的高頻開關(guān)運行,光耦的原邊已串聯(lián)限流電阻,可將5V電壓直接加到輸入側(cè). (2) 如果采用雙電源驅(qū)動技術(shù),輸出負柵壓比較高,電源電壓的極限值為+18V/-15V,一般取+15V/-10V. (3) 信號傳輸延遲時間短,低電平高電平的傳輸延時以及高電平低電平的傳輸延時時間都在1.5s以下. (4) 具有過流保護功能.M57962L通過檢測IGBT的飽和壓降來判斷IGBT是否過流,一旦過流,M57962L就會將對IG

7、BT實施軟關(guān)斷,并輸出過流故障信號. (5) M57959的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示,這一電路的驅(qū)動部分與EXB系列相仿,但是過流保護方面有所不同.過流檢測仍采用電壓采樣,電路特點是采用柵壓緩降,實現(xiàn)IGBT軟關(guān)斷,避免了關(guān)斷中過電壓和大電流沖擊;另外,在關(guān)斷過程中,輸入控制信號的狀態(tài)失去作用,既保護關(guān)斷是在封閉狀態(tài)中完成的.當(dāng)保護開始時,立即送出故障信號,目的是切斷控制信號,包括電路中其它有源器件.第三種 2SD315A集成驅(qū)動模塊 集成驅(qū)動模塊采用+15V單電源供電,內(nèi)部集成有過流保護電路,其最大的特點是具有安全性、智能性與易用性.2SD315A能輸出很大的峰值電流(最大瞬時輸出電流可達±

8、;15A),具有很強的驅(qū)動能力和很高的隔離電壓能力(4000V).2SD315A具有兩個驅(qū)動輸出通道,適合于驅(qū)動等級為1200V/1700V極其以上的兩個單管或一個半橋式的雙單元大功率IGBT模塊.其中在作為半橋驅(qū)動器使用的時候,可以很方便地設(shè)置死區(qū)時間. 2SD315A內(nèi)部主要有三大功能模塊構(gòu)成,分別是LDI(Logic To Driver Interface,邏輯驅(qū)動轉(zhuǎn)換接口)、IGD(Intelligent Gate Driver,智能門極驅(qū)動)和輸入與輸出相互絕緣的DC/DC轉(zhuǎn)換器.當(dāng)外部輸入PWM信號后,由LDI進行編碼處理,為保證信號不受外界條件的干擾,處理過的信號在進入IGD前需

9、用高頻隔離變壓器進行電氣隔離.從隔離變壓器另一側(cè)接收到的信號首先在IGD單元進行解碼,并把解碼后的PWM信號進行放大(±15V/±15A)以驅(qū)動外接大功率IGBT.當(dāng)智能門極驅(qū)動單元IGD內(nèi)的過流和短路保護電路檢測到IGBT發(fā)生過流和短路故障時,由封鎖時間邏輯電路和狀態(tài)確認電路產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)時間和封鎖時間,并把此時的狀態(tài)信號進行編碼送到邏輯控制單元LDI.LDI單元對傳送來的IGBT工作狀態(tài)信號進行解碼處理,使之在控制回路中得以處理.為防止2SD315A的兩路輸出驅(qū)動信號相互干擾,由DC/DC轉(zhuǎn)換器提供彼此隔離的電源供電.2SD315使用時注意事項: a、工作模式 驅(qū)動模塊

10、的模式選擇端MOD外接+15V電源,輸入引腳RC1和RC2接地,為直接工作模式.邏輯控制電平采用+15V,信號輸入管腳InA、InB連接在一起接收來自單片機的脈沖信號.2SD315A的SO1和SO2兩只管腳輸出通道的工作狀態(tài). 當(dāng)MOD接地時,MOD接地.通常半橋模式都是驅(qū)動一個直流母線上的一個橋臂,為避免上下橋臂直通必須設(shè)置死區(qū)時間,在死區(qū)時間里兩個管子同時關(guān)斷.因此,RC 1, RC2端子必須根據(jù)要求外接RC網(wǎng)絡(luò)來產(chǎn)生死區(qū)時間,死區(qū)時間一般可以從100n,到幾個ms.圖中所示的RC 1, RC2分別連接lOk.的電阻和100pF的電容,這樣產(chǎn)生的死區(qū)時間大約是500ns. b、端口VL/R

11、eset     這個端子是用來定義具有施密特性質(zhì)的輸入InA和InB的,使得輸入在2/3VL時開通,在I/3 VL時作為關(guān)斷信號.當(dāng)PWM信號是TTL電平時,該端子連接如圖3-5所示,當(dāng)輸入InA和InB信號為15V的時候,該端子應(yīng)該通過一個大約1K左右的電阻連接到+15V電源上,這樣開啟和關(guān)斷電壓分別應(yīng)該是lov和5V.另外,輸入UL/Reset端還有另外的功能:如果其接地,則邏輯驅(qū)動接口單元l.DI001內(nèi)的錯誤信息被清除. c、門極輸出端 門極輸出Gx端子接電力半導(dǎo)體的門極,當(dāng)SCALE驅(qū)動器用15V供電的時候,門極輸出土15V.負的門極電壓由驅(qū)

12、動器內(nèi)部產(chǎn)生.使用如圖3-6結(jié)構(gòu)的電路可以實現(xiàn)開通和關(guān)斷的速度的不一樣,增加了用戶使用的靈活性. d、布局和布線     驅(qū)動器應(yīng)該盡可能近的和功率半導(dǎo)體放在一起,這樣從驅(qū)動器到電力晶體管的引線就會盡可能的短,一般來說驅(qū)動器的連線盡量不要長過10厘米.同時一般要求到集電極和發(fā)射極的引線采用絞合線,還有可以在IGBT的門極和發(fā)射極之間連接一對齊納穩(wěn)壓二極管(1518V)來保護IGBT不會被擊穿.驅(qū)動模塊的模式選擇端MOD外接+15V電源,輸入引腳RC1和RC2接地,為直接工作模式.邏輯控制電平采用+15V,信號輸入管腳InA、InB連接在一起接收來自單片機

13、的脈沖信號,進行同步控制.2SD315A的SO1和SO2兩只管腳外接三極管和光耦用來向單片機輸出兩輸出通道的工作狀態(tài),其輸出端結(jié)構(gòu)皆為集電極開路輸出,可以通過外接上拉電阻以適用于各種電平邏輯.在管腳SO1、SO2和電源之間,以及VisoX和LSX之間加發(fā)光二極管進行故障指示.正常情況下SO1和SO2輸出皆為高電平,上電后D3和D4先亮,延時幾秒后熄滅,同時D8和D15發(fā)亮.當(dāng)檢測到故障信號時,SO1和SO2的輸出電平被拉低到地,即D3和D4發(fā)亮,同時D8和D15閃爍.2SD315A是通過監(jiān)測UCE(sat)來判斷回路是否短路和過流,當(dāng)檢測到一路或兩路發(fā)生過流現(xiàn)象時,檢測電路會把異常狀態(tài)回饋到驅(qū)動模塊,驅(qū)動模塊內(nèi)部會產(chǎn)生一個故障信號并將它鎖存,鎖存時間為1s