EDN China > 设计实例 > 电源技术 > 显示驱动 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 用于有源电力滤波器的IGBT驱动及保护研究

来源:国外电子元器件/作者:张勤 何润华 方庆 余世峰?? 2007年12月25日 ?? 收藏0

  l 前言

  绝缘栅场效应晶体管(IGBT)作为一种复合型器件,集成了MOSFET的电压驱动和高开关频率及功率管低损耗、大功率的特点,在电机控制、开关电源、变流装置及许多要求快速、低损耗的领域中有着广泛的应用。本文对应用于有源电力滤波器的IGBT的特性及其专有EXB84l型驱动器的设计进行讨论,并提出一种具有完善保护功能的驱动电路。

  有源电力滤波器设计中应用4个IGBT作为开关,并用4个EXB84l组成驱动电路,其原理如图l所示。在实验中,根据补偿电流与指令电流的关系,用数字信号处理器(DSP)控制PWM引脚的高低电平,并由驱动电路控制IGBT的通断。驱动电路同时对过流故障进行监测,由DSP采取封锁控制信号、停机等处理。

原理图

  2 驱动电路的设计

  2.1 驱动电路电源

  驱动电路需要4路相互隔离的直流电源为4路IGBT驱动电路供电,用220V/22V变压器对4路交流电源分别整流,用电容器和78L24型电压调整器稳压后输出4路24V直流电压,如图2所示。

驱动电路的设计

  2.2 栅极电压

  IGBT通常采用栅极电压驱动,它对栅极驱动电路有着特殊的要求。栅极驱动电

压脉冲的上升率和下降率要足够大,导通时,前沿很陡的栅极电压UGE可以使IGBT快速导通,并减小导通损耗,关断时,其栅极驱动电路要给IGBT提供一个下降很陡的关断电压,并在栅极和发射极之间施加一个适当的反向负偏压,以便使IGBT快速关断,并减小关断损耗。IGBT导通后,栅极的驱动电压和电流要有足够的宽度,以保证IGBT在瞬时过载时未退出饱和区受到损坏。栅极驱动电压推荐值为15 V±1.5 V,这个电压值使IGBT完全饱和导通,并使通态损耗减至最小。施加关断负偏压可以抑制C-E间出现du/dt时IGBT的误导通,也可以减少关断损耗。

  2.3 门极电阻R1

  门极电阻R1的选取对通态电压、开关时间、开关损耗及承受短路的能力都有不同程度的影响。当门极电阻增大时,IGBT的开通和关断时间增加,从而使导通和关断损耗增加。当门极电阻减小时,则会导致di/dt增加,从而引起IGBT的误导通。所以应根据IGBT的电流容量和电压额定值以及开关频率的不同选择R1的阻值。

  Rl的值可以用下式计算:

公式

  IC为IGBT的集电极电流。如图3所示,一般R1取十几欧姆到几十欧姆,R2为30 Ω。由于IGBT是压控器件,当集-射极间加高压时,很容易受外界干扰,而使栅-射极间电压超过一定值,引起器件误导通,为了防止这种现象的发生,在栅-射极间并联一电阻器R6可起到一定作用。一般R6阻值是R2阻值的l 000~5 000倍,而且应将它并联在栅-射极最近处。电路中的电容器Cl和C2用来抑制因电源接线阻抗引起的供电电压变化,而不是用于电源滤波。

  2.4 EXB841驱动环节

  笔者在实验中采用的是EXB841型专用IGBT驱动模块,其最高运行频率为40 kHz,输入信号经内部光耦隔离,光隔驱动电流为10 mA,最大延时约为1 μs。工作温度范围为-10℃~+85℃,供电电压为+20 V~+25 V。笔者对EXB841功能进行了扩展,图3为驱动环节电路。

驱动环节电路

  EXB841的6引脚连接的二极管可检测IGBT的饱和压降,用来完成过流保护功能,4引脚的过流保护信号延时10μs输出。当IGBT有过流时,若UCE大于7.5V,内部过流保护电路开始动作,软关断IG-BT。通常在IGBT通过额定电流时UCE为3.5 V,当UCE=7.5 V时,IGBT有过流,其值约为额定电流的3~5倍,但是由于没有达到保护的阈值,保护电路不起作用。如果长时间工作在这种状态,则会导致IGBT损坏。为了可靠地保护IGBT,应该降低过流保护阈值,可以在D1与IGBT的集电极间反串一个稳压管,或多串几个与D1同规格的快速恢复二极管。如图3通过反串一个IN4728型3.3 V稳压管使保护阈值降为4.2V。当检测到IGBT过流后,5引脚变为低电平,TPL521型光耦输出低电平,通过与门封锁控制信号输入,同时使4输入与非门输出低电平,触发功率驱动保护中断,完成相应的保护处理。

  2.5 控制部分与驱动部分的隔离

  控制电路为弱电部分,极易受到干扰;驱动电路直接与外电路连接,是一个较强的干扰源;为了实现整个设备的电磁兼容,控制电路部分必须与驱动部分隔离。为了避免公共电源对控制电路产生干扰,应对控制电路及驱动电路分别供电,EXB84l的电源电压为+20 V,一般控制电路的供电电压为5 V,因此,可以利用图4所示的DC-DC微功率模块进行电源隔离,采用A2405D型微功率模块实现电源的隔离。

DC-DC微功率模块


上一页123下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

有源? 电力滤波器? IGBT驱动? 保护?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈