一種專為IGBT和MOSFET設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器

1、一種專為IGBT和MOSFET設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器    摘要：介紹了一種專為IGBT和功率MOSFET設(shè)計(jì)的電力電子驅(qū)動(dòng)器件SCALE集成驅(qū)動(dòng)器的性能特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ，給出了SCALE集成驅(qū)動(dòng)器在中頻臭氧發(fā)生器電源中的應(yīng)用電路。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)電路；IGBT；功率MOSFET；中頻電源；臭氧發(fā)生器 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路可使電力電子器件工作在比較理想的開關(guān)狀態(tài)，同時(shí)可縮短開關(guān)時(shí)間，減少開關(guān)損耗，這對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 驅(qū)

2、動(dòng)電路的常用形式是由分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，但目前的趨勢(shì)是采用專用的集成驅(qū)動(dòng)電路。集成驅(qū)動(dòng)器就是由瑞士公司生產(chǎn)的、專為和電力提供驅(qū)動(dòng)的電路。它具有多功能、低成本、易使用、可靠性好等特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)驅(qū)動(dòng)性能、驅(qū)動(dòng)輸出通道數(shù)目、隔離等不同要求，集成驅(qū)動(dòng)器具有相應(yīng)的不同型號(hào)?因而可滿足不同的需求。 由于各種不同型號(hào)的集成驅(qū)動(dòng)器在功能、結(jié)構(gòu)和使用方法上大同小異，故本文不針對(duì)某種具體型號(hào)的器件作敘述，而是對(duì)整個(gè)系列的器件的共性進(jìn)行論述，以便使讀者對(duì)器件有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體的需要選擇具體型號(hào)的芯片。本文首先介紹集成驅(qū)動(dòng)器的性能特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；然后介紹它在中頻型臭氧發(fā)生器電源中的應(yīng)用，

3、并給出了實(shí)驗(yàn)波形。 的性能特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)器的性能特點(diǎn) 器件提供的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的導(dǎo)通電平為，關(guān)斷電平為；開關(guān)頻率范圍為；具有的電氣隔離特性；占空比為。同時(shí),這種器件內(nèi)部還帶有短路和過(guò)流保護(hù)電路、隔離的狀態(tài)識(shí)別電路、電源檢測(cè)電路和開關(guān)電源。 驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示（兩通道）。 由圖可見?驅(qū)動(dòng)器由三個(gè)功能單元組成。 第一個(gè)功能單元是邏輯與驅(qū)動(dòng)電路接口（），用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)通道。當(dāng)加在輸入端和的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，其驅(qū)動(dòng)信息被分別送到每個(gè)驅(qū)動(dòng)通道的脈沖變壓器。由于變壓器不易傳輸頻率范圍和占空比都比較寬的信號(hào)，因此，主要用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。的主要功能如下： （） 為用戶提供一

4、個(gè)簡(jiǎn)單的接口。它的兩個(gè)信號(hào)輸入端都有施密特觸發(fā)電路； （） 提供簡(jiǎn)單的邏輯電源接口； （） 在半橋方式中產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間； （） 對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，以便通過(guò)脈沖變壓器傳輸； （） 評(píng)估脈碼狀態(tài)識(shí)別信號(hào)及隨后的緩沖，以便為用戶提供一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)的識(shí)別信號(hào)。 驅(qū)動(dòng)器可與任何邏輯接口和電平兼容，無(wú)須附加其它電路。脈沖變壓器負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的隔離，同時(shí)可將來(lái)自每個(gè)通道的信息反饋給。 第二個(gè)功能單元是智能門極驅(qū)動(dòng)器（）。對(duì)應(yīng)于每個(gè)驅(qū)動(dòng)通道都有一個(gè)。其主要功能如下： （）接受來(lái)自脈沖變壓器的脈碼信號(hào)，并將其復(fù)原成信號(hào)； （）對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，并驅(qū)動(dòng)功率管； （）對(duì)功率器件進(jìn)行短路及過(guò)流保護(hù)； （）欠壓監(jiān)測(cè)； （）產(chǎn)生響應(yīng)

5、和關(guān)斷時(shí)間； （）傳輸狀態(tài)識(shí)別信號(hào)給。 第三個(gè)功能單元是集成電源。所有標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)變換器，以便為各個(gè)驅(qū)動(dòng)通道提供工作電源。因此，該驅(qū)動(dòng)器只需一個(gè)穩(wěn)定的直流電源。 驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用 集成驅(qū)動(dòng)器是專為和電力而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器，可應(yīng)用于多種電力電子裝置或設(shè)備。在應(yīng)用驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)首先考慮以下三個(gè)問(wèn)題：第一是工作方式的選擇；第二是驅(qū)動(dòng)器工作電平和門限電阻的確定；第三是故障狀態(tài)信號(hào)與控制電路的接口。 工作方式的選擇 驅(qū)動(dòng)器有兩種工作方式：直接和半橋方式。直接方式的連線圖如圖所示。該方式下，輸入端接，和接地，信號(hào)同時(shí)接和， 和引出兩個(gè)狀態(tài)反饋信號(hào)。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在直接方式時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)通道之間沒(méi)有聯(lián)系，兩

6、個(gè)通道總是同時(shí)被驅(qū)動(dòng)。死區(qū)時(shí)間由控制電路確定。半橋方式的連線圖如圖所示。在該方式下，輸入端接地，輸入信號(hào)，輸入使能信號(hào)。由于兩個(gè)狀態(tài)輸出端和接在一起，所以兩個(gè)驅(qū)動(dòng)通道輸出同一故障信號(hào)。死區(qū)時(shí)間由和的外接電路來(lái)確定。 邏輯電平的確定及的計(jì)算 該邏輯電平可由驅(qū)動(dòng)器的輸入端來(lái)確定。端的電壓值決定了輸入和施密特觸發(fā)器的觸發(fā)上限電平為，下限觸發(fā)電平為。由于輸入端、具有施密特觸發(fā)特性，所以驅(qū)動(dòng)器能處理之間的任何邏輯電平，也就是說(shuō)：控制電路與驅(qū)動(dòng)器之間可以不附加其它電路。圖和圖分別給出了電平和電平時(shí)，    端的連線圖。 圖5 SCALE驅(qū)動(dòng)接線圖（半橋方式） 電阻的

7、作用是用來(lái)定義當(dāng)功率管導(dǎo)通時(shí)的最大管壓降，它和其它元件一起構(gòu)成了監(jiān)測(cè)電路。當(dāng)功率管導(dǎo)通時(shí)的管壓降大于由定義的最大管壓降時(shí)，監(jiān)測(cè)電路便輸出故障報(bào)警信號(hào)，并關(guān)斷功率管。的計(jì)算公式為： 。 式中，為關(guān)斷閾值電壓，為驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置電流源。 故障狀態(tài)輸出 狀態(tài)輸出采用的是集電極開路形式，以便與其它邏輯電平匹配。輸出時(shí)須接上拉電阻。當(dāng)電源電壓低于時(shí)?執(zhí)行欠壓保護(hù)功能?輸出負(fù)門極電壓可關(guān)斷功率管并輸出故障報(bào)告；當(dāng)監(jiān)測(cè)電路檢測(cè)到短路或過(guò)電流時(shí)，執(zhí)行短路或過(guò)流保護(hù)功能，此時(shí)關(guān)斷功率管的輸出為故障報(bào)告信號(hào)。器件在檢測(cè)到電路故障時(shí)，其封鎖時(shí)間為左右。驅(qū)動(dòng)器一旦被檢測(cè)到有故障，輸出晶體管將被拉低，而在正常情況下，晶體管輸

8、出高電平。 在中頻型臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用 圖所示是一個(gè)中頻型臭氧發(fā)生器電源系統(tǒng)的原理框圖。圖中，整個(gè)電源系統(tǒng)可分為主電路、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路，主電路包括整流電路和逆變電路；控制電路主要包括控制電路、晶閘管智能模塊觸發(fā)控制電路、保護(hù)電路和軟啟動(dòng)電路。其中整流電路采用三相全控整流電路，逆變電路則采用全橋結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電路采用集成驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為，采用的工作方式為半橋工作方式，接線圖如圖所示。圖中只給出一塊驅(qū)動(dòng)器的接線圖，另一塊可用相同的方法連接。 具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)通道，因而此系統(tǒng)需要兩個(gè)集成驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)同一橋臂的上下兩功率管，工作波形如圖所示。控制電路采用集成芯片。產(chǎn)生的波形經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后可輸出和門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖中和分別為同一橋臂上下管的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它們之間有死區(qū)時(shí)間。另一橋臂上下兩管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在時(shí)序關(guān)系上與、相同。全橋逆變器的功率管采用，在工作時(shí)，全橋結(jié)構(gòu)中的斜對(duì)管將同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷。另外，由于集成驅(qū)動(dòng)器能處理之間的任何邏輯電平，故可使驅(qū)動(dòng)電路與控制電路的接口得到簡(jiǎn)化，同時(shí)芯片與間也無(wú)需電平轉(zhuǎn)換電路。 結(jié)束語(yǔ) 實(shí)踐證明