2sc0435模塊和igb的h橋互鎖電路

2sc0435模塊和igb的h橋互鎖電路

0電力驅(qū)動(dòng)電路igdt也稱為偶聯(lián)體雙極晶體，是一種新型的復(fù)合裝置，通過整合了電源場的效率和電力行業(yè)的優(yōu)點(diǎn)來創(chuàng)建。igdt具有電流大、壓基高、開關(guān)速度快、飽和壓降等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電源行業(yè)，如電源傳輸和能源濾波。驅(qū)動(dòng)電路是控制電路和功率半導(dǎo)體器件的橋梁,可充分利用IGBT的性能,提高系統(tǒng)可靠性。IGBT全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,不僅要考慮提供良好的驅(qū)動(dòng)性能和可靠保護(hù),還要防止H橋直通,考慮IGBT的電磁兼容性,寄生效應(yīng),絕緣電壓,集成度與成本,開關(guān)速度的優(yōu)化等問題。12ec0435t模塊的全球價(jià)值鏈逆變換器1.12多電平拓?fù)?SC0435T是一款集成度高成本低的SCALE-2雙通道驅(qū)動(dòng)器。它可以驅(qū)動(dòng)1700V以內(nèi)的IGBT模塊。驅(qū)動(dòng)器的并聯(lián)功能可以使它支持多個(gè)驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)在一起,還支持多電平拓?fù)鋺?yīng)用。它集成了完整的雙通道驅(qū)動(dòng)內(nèi)核,包括隔離的DC/DC電源、短路保護(hù)、有源鉗位和電源電壓監(jiān)控功能。它內(nèi)部包含了兩路IGBT驅(qū)動(dòng)電路,可驅(qū)動(dòng)兩路IGBT,具有智能性、安全性和易用性等特點(diǎn)。擁有直接模式和半橋模式兩種工作模式,在直接模式下,兩個(gè)通道各自獨(dú)立,沒有聯(lián)系,需有兩路輸入信號(hào)。在半橋模式下,上下管的死區(qū)信號(hào)要由外部控制器產(chǎn)生,只需一路輸入信號(hào)就可以直接產(chǎn)生具有死區(qū)時(shí)間PWM波。1.2ab導(dǎo)線導(dǎo)通保護(hù)作用圖1的設(shè)計(jì)是針對(duì)運(yùn)用IGBT構(gòu)成H橋電路。為了防止H橋的上下橋臂直通出現(xiàn)短路現(xiàn)象,而使器件損壞的互鎖電路。由于H橋需要4個(gè)IGBT,所以一共需要兩組如圖1所示的互鎖電路。圖1中A,B為從接線端子引進(jìn)的IGBT開關(guān)的控制信號(hào),但未經(jīng)過處理和保護(hù)不能直接接到2SC0435T驅(qū)動(dòng)模塊上。最左端導(dǎo)線與輸出狀態(tài)端SOx電平相同,正常工作時(shí)為高電平(高阻狀態(tài))。當(dāng)B導(dǎo)線為高電平時(shí)通過與非門U5A輸出為低電平,再接到MOSFET的柵極使MOS管Q2關(guān)斷,PWM1信號(hào)可以正常輸出。同時(shí)B導(dǎo)線經(jīng)過電感FB3后接到與非門U5D的兩個(gè)輸入端,此時(shí)U5D與非門輸出低電平。而此時(shí)IGBT正常工作時(shí)A導(dǎo)線應(yīng)為低電平,通過與非門U5C輸出為高電平,MOS管Q4導(dǎo)通,PWM2輸出為低電平,即使此時(shí)與非門U5D輸出為高電平,即B導(dǎo)線為低電平,由于MOS管的導(dǎo)通,PWM2輸出也為低電平。同時(shí),A經(jīng)過電感FB7接到與非門U5B輸出為高電平,此時(shí)由于MOS管Q2關(guān)斷,PWM1輸出為高電平。當(dāng)AB導(dǎo)線高低電平互換時(shí),同理輸出結(jié)果也互換,IGBT開通的控制信號(hào)正常。而當(dāng)輸入信號(hào)不正確時(shí),該電路又能起到很好的保護(hù)作用。如圖2所示,當(dāng)AB導(dǎo)線都為低電平時(shí),MOS管Q2、Q4均導(dǎo)通,PWM1、PWM2輸出為低電平。當(dāng)AB導(dǎo)線都為高電平時(shí)與非門U5B、U5D輸出都為低電平,即PWM1、PWM2輸出為低電平,IG-BT開通的控制信號(hào),在輸入信號(hào)不正確時(shí)被屏蔽,起到了保護(hù)作用。電路中電感的作用是在AB導(dǎo)線高低電平互換時(shí),設(shè)置IGBT死區(qū)時(shí)間,防止上下橋臂的直通。由于IGBT等功率器件都存在一定的結(jié)電容,所以會(huì)造成器件導(dǎo)通關(guān)斷的延遲現(xiàn)象,設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡量降低該影響。死區(qū)時(shí)間可有效地避免延遲效應(yīng)所造成的一個(gè)橋臂未完全關(guān)斷,而另一橋臂又處于導(dǎo)通狀態(tài),避免直通燒了IGBT。本電路中由于電感的延時(shí)起到了死區(qū)保護(hù)的作用。例如B導(dǎo)線為高電平、A導(dǎo)線為低電平時(shí),即PWM1為高電平、PWM2為低電平。高低電平互換時(shí),B為低電平通過與非門U5A輸出開通MOS管Q2,屏蔽了PWM1信號(hào),同時(shí),由于A為高電平,MOS管Q4關(guān)斷,B導(dǎo)線電平經(jīng)過電感FB3延時(shí)后到與非門U5D輸出高電平,即PWM2為高電平。該電路經(jīng)過了死區(qū)時(shí)間再開通輸出信號(hào),很好的做到了防止在IGBT上下橋臂開通關(guān)斷轉(zhuǎn)換時(shí)直通的保護(hù)。而電感大小的選取,是由死區(qū)時(shí)間的大小來決定的。本次設(shè)計(jì)使用的IGBT型號(hào)為FF300R12KS4,TdON為0.1μs~0.11μs、TdOFF為0.53μs~0.55μs,死區(qū)時(shí)間約為0.3μs。1.32sc0435t是核心的原副電路1.3.1到低電平so1、so2圖3為2SC0435T原方接口電路。由于有四個(gè)PWM輸入信號(hào)所以需要兩個(gè)如圖3所示的相同電路。圖中電容C29、C31是輸入的PWM信號(hào)的濾波電容。SO1和SO2為狀態(tài)輸出端,用于在驅(qū)動(dòng)器報(bào)故障時(shí),例如原方電源欠壓,副方電源欠壓,IGBT短路或過流時(shí)的信號(hào)輸出,對(duì)應(yīng)的狀態(tài)輸出端SOx被拉到低電平(接到GND)。SO1和SO2連接在一起,用以表達(dá)一個(gè)橋臂的報(bào)錯(cuò)信息。本電路中合并后輸出為F1-4。MOD選擇了通過0電阻接地,也就是直接模式,在這種模式下,兩個(gè)通道是各自獨(dú)立的。輸入INA對(duì)應(yīng)1通道,而輸入INB對(duì)應(yīng)2通道,高電平則將對(duì)應(yīng)的IGBT打開。該模式下IGBT防止H橋上下橋直通的保護(hù)已由圖1的互鎖電路完成。TB為阻斷時(shí)間的設(shè)定端,用于執(zhí)行SO1、SO2在驅(qū)動(dòng)器報(bào)故障時(shí)設(shè)定阻斷時(shí)間。在TB管腳與GND之間接一個(gè)電阻R,通過選擇R的數(shù)值,就可以設(shè)定阻斷時(shí)間TB。本電路R141選擇150k,關(guān)斷時(shí)間大約為100ms。驅(qū)動(dòng)器報(bào)故障時(shí)F1-4被拉到低電平,同時(shí)使控制IGBT防止H橋直通互鎖電路使其PWM輸出為低電平。其過程如圖4所示。圖4中驅(qū)動(dòng)器報(bào)故障時(shí)F1-4被拉到低電平導(dǎo)致與非門U5A、U5C不論A、B輸入信號(hào)為高電平還是低電平都使MOS管Q2、Q4打開,把PWM1、PWM2給短路,使其輸出為低電平,從而完成在報(bào)故障時(shí)對(duì)IGBT的關(guān)斷。1.3.2柵極電阻的確定本次2SC0435T副方接口的電路的電路使用的是手冊(cè)的推薦電路如圖5所示,其中部分器件參數(shù)沿用手冊(cè)推薦參數(shù)。如圖所示有兩個(gè)通道,故該電路可以控制兩個(gè)IGBT。本電路的柵極電阻Rg的選取決定著VGE、VCE、IC的導(dǎo)通和關(guān)斷的波形。由于IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率很高,很容易就對(duì)其他的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)造成干擾,而且驅(qū)動(dòng)信號(hào)線寄生電容和寄生電感對(duì)驅(qū)動(dòng)器的性能、可靠性有重要影響。因此,采用絞線來傳遞驅(qū)動(dòng)信號(hào),用來減少寄生電容,寄生電感的影響。在柵極連線中串聯(lián)小電阻,抑制震蕩電壓。本次設(shè)計(jì)根據(jù)IGBTFF300R12KS4要求選定柵極電阻為Rg為3.75Ω,同時(shí)為確保功率應(yīng)按圖6所示連接。圖6柵極電阻用了16個(gè)15Ω電阻,最終等效電阻為3.75Ω,集電極檢測端子必須接到IGBT的集電極,如圖5所示,用于檢測IGBT過流或者短路。圖5中,Rvcex的數(shù)值選取根據(jù)不同的母線電壓,使得流過Rvcex的電流為0.6mA~1mA。Rvcex可以選擇高壓電阻,也可以是多個(gè)電阻串聯(lián),在任何情況下,爬電距離都是必須考慮的因素。本設(shè)計(jì)選用電阻為1.8MΩ,穩(wěn)壓管為4個(gè)1.5SMC200A串聯(lián),達(dá)到800V。2SC0435T的每一個(gè)通道都有Vce監(jiān)控電路,在圖5的推薦電路中,電阻Rthx用于定義關(guān)斷的參考值,流過Rthx的電流源的典型值是150μA,推薦選取的門檻水平大約是10V,(對(duì)應(yīng)的Rthx的值約為68k),在這種情況下,驅(qū)動(dòng)器可以對(duì)IGBT實(shí)施安全的短路保護(hù),但對(duì)過流則不一定能保護(hù)得住。過流保護(hù)的時(shí)間優(yōu)先級(jí)較低,通?？梢酝ㄟ^主控制器來實(shí)現(xiàn)。1.4柵壓限幅電的設(shè)計(jì)如圖7所示,接口1,2,3分別為IGBT的集電極、發(fā)射極和柵極。IGBT的柵極—發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電壓Vge的保證值為±20V,如果在它的柵極與發(fā)射極之間加上超出保證值的電壓,則可能會(huì)損壞IGBT,因此,在IGBT的驅(qū)動(dòng)電路中應(yīng)當(dāng)設(shè)置柵壓限幅電路。另外,若IGBT的柵極與發(fā)射極間開路,而在其集電極與發(fā)射極之間加上電壓,則隨著集電極電位的變化,由于柵極與集電極和發(fā)射極之間寄生電容的存在,柵極電位將升高,集電極—發(fā)射極有電流通過。這時(shí)若集電極和發(fā)射極之間處于高壓狀態(tài),可能會(huì)使IGBT發(fā)熱甚至損壞。IGBT的柵極出現(xiàn)過壓的原因有:(1)靜電聚積在柵極電容上引起過壓;(2)電容的密勒效應(yīng)引起柵極過壓。為防止IGBT的柵極—發(fā)射極過壓情況的發(fā)生,應(yīng)在IGBT的柵極與發(fā)射極間并聯(lián)一個(gè)幾千歐的電阻,此電阻應(yīng)盡量靠近柵極與發(fā)射極。如圖7所示,電阻選取5.1kΩ。由于IGBT的VGE(sat)和短路耐量之間的折中關(guān)系,應(yīng)