驅(qū)動(dòng)電路的作用是將單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大

驅(qū)動(dòng)電路的作用是將單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大,以驅(qū)動(dòng)IGBT.保證IGBT的可靠工作,驅(qū)動(dòng)電路起著至關(guān)重要的作用,對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)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(shí)電流,使IGBT能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通.

(3)盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)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(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣.

(5)具有靈敏的過流保護(hù)能力.

第一種驅(qū)動(dòng)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,VCE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(huì)被擊穿,V3不導(dǎo)通,E點(diǎn)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(fù)偏壓,IGBT可靠關(guān)斷,同時(shí)VCE的迅速上升使引腳6“懸空”.C2的放電使得B點(diǎn)電位為0V,則VS1仍然不導(dǎo)通,后續(xù)電路不動(dòng)作,IGBT正常關(guān)斷.

如有過流發(fā)生,IGBT的VCE過大使得VD2截止,使得VS1擊穿,V3導(dǎo)通,C4通過R7放電,D點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的保護(hù).由EXB841實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)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(shí)注意如下幾點(diǎn):

a、IGBT柵-射極驅(qū)動(dòng)回路往返接線不能太長(zhǎng)(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增大,則開通關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng),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47F.

d、6腳過電流保護(hù)取樣信號(hào)連接端,通過快恢復(fù)二極管接IGBT集電極.

e、14、15接驅(qū)動(dòng)信號(hào),一般14腳接脈沖形成部分的地,15腳接輸入信號(hào)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(dòng)電路

M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動(dòng)電路采用雙電源(+15V,-10V)供電,輸出負(fù)偏壓為-10V,輸入輸出電平與TTL電平兼容,配有短路/過載保護(hù)和封閉性短路保護(hù)功能,同時(shí)具有延時(shí)保護(hù)特性.其分別適合于驅(qū)動(dòng)1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其以下的IGBT.M57959L/M57962L在驅(qū)動(dòng)中小功率的IGBT時(shí),驅(qū)動(dòng)效果和各項(xiàng)性能表現(xiàn)優(yōu)良,但當(dāng)其工作在高頻下時(shí),其脈沖前后沿變的較差,即信號(hào)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(jì),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(dòng)芯片它可以作為600V/200A或者1200V/100A的IGBT驅(qū)動(dòng).其最高頻率也達(dá)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(diǎn):

(1)采用光耦實(shí)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(yùn)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(dòng)技術(shù),輸出負(fù)柵壓比較高,電源電壓的極限值為+18V/-15V,一般取+15V/-10V.

(3)信號(hào)傳輸延遲時(shí)間短,低電平—高電平的傳輸延時(shí)以及高電平—低電平的傳輸延時(shí)時(shí)間都在1.5μs以下.

(4)具有過流保護(hù)功能.M57962L通過檢測(cè)IGBT的飽和壓降來判斷IGBT是否過流,一旦過流,M57962L

2SD315使用時(shí)注意事項(xiàng):

a、工作模式

驅(qū)動(dòng)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(hào)輸入管腳InA、InB連接在一起接收來自單片機(jī)的脈沖信號(hào).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(shí),MOD接地.通常半橋模式都是驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流母線上的一個(gè)橋臂,為避免上下橋臂直通必須設(shè)置死區(qū)時(shí)間,在死區(qū)時(shí)間里兩個(gè)管子同時(shí)關(guān)斷.因此,RC1,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(shí)間,死區(qū)時(shí)間一般可以從100n,到幾個(gè)ms.圖中所示的RC1,RC2分別連接lOk.的電阻和100pF的電容,這樣產(chǎn)生的死區(qū)時(shí)間大約是500ns.

b、端口VL/Reset

這個(gè)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(shí)開通,在I/3VL時(shí)作為關(guān)斷信號(hào).當(dāng)PWM信號(hào)是TTL電平時(shí),該端子連接如圖3-5所示,當(dāng)輸入InA和InB信號(hào)為15V的時(shí)候,該端子應(yīng)該通過一個(gè)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U(xiǎn)L/Reset端還有另外的功能:如果其接地,則邏輯驅(qū)動(dòng)接口單元l.DI001內(nèi)的錯(cuò)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(dòng)器用15V供電的時(shí)候,門極輸出土15V.負(fù)的門極電壓由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部產(chǎn)生.使用如圖3-6結(jié)構(gòu)的電路可以實(shí)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(dòng)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(dòng)器到電力晶體管的引線就會(huì)盡可能的短,一般來說驅(qū)動(dòng)器的連線盡量不要長(zhǎng)過10厘米.同時(shí)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(duì)齊納穩(wěn)壓二極管(15~18V)來保護(hù)IGBT不會(huì)被擊穿.

驅(qū)動(dòng)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(hào)輸入管腳InA、InB連接在一起接收來自單片機(jī)的脈沖信號(hào),進(jìn)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(jī)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(jìn)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(shí)幾秒后熄滅,同時(shí)D8和D15發(fā)亮.當(dāng)檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí),SO1和SO2的輸出電平被拉低到地,即D3和D4發(fā)亮,同時(shí)D8和D15閃爍.2SD315A是通過監(jiān)測(cè)UCE(sat)來判斷回路是否短路和過流,當(dāng)檢測(cè)到一路或兩路發(fā)生過流現(xiàn)象時(shí),檢測(cè)電路會(huì)把異常狀態(tài)回饋到驅(qū)動(dòng)模塊,驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)并將它鎖存,鎖存時(shí)間為1s,在這段時(shí)間內(nèi),驅(qū)動(dòng)模塊不再輸出信號(hào),而是將兩組IGBT及時(shí)關(guān)斷予以保護(hù).同時(shí),狀態(tài)輸出管腳S