IGBT驅(qū)動(dòng)板簡(jiǎn)介.ppt

1、a,1,課程目標(biāo),通過(guò)本課程， 1 、以典型驅(qū)動(dòng)板為例詳細(xì)講解驅(qū)動(dòng)板的各項(xiàng)功能和基礎(chǔ)知識(shí)。 2、介紹常用IGBT驅(qū)動(dòng)板的編號(hào)含義。 3、驅(qū)動(dòng)板使用時(shí)的注意事項(xiàng)。,a,2,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),驅(qū)動(dòng)板作為控制系統(tǒng)與開(kāi)關(guān)器件之間重要的中間環(huán)節(jié)，承擔(dān)著接收控制系統(tǒng)控制指令、傳輸控制命令、確保開(kāi)關(guān)器件IGBT執(zhí)行正確的開(kāi)關(guān)動(dòng)作、保護(hù)開(kāi)關(guān)器件以及回饋IGBT工作狀態(tài)的任務(wù)。,a,3,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)板的功能，驅(qū)動(dòng)板一般由電源、信號(hào)接收、電位隔離、信號(hào)傳輸、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行、器件保護(hù)、狀態(tài)反饋等7大部分組成，現(xiàn)以常用的0435驅(qū)動(dòng)板所用的0435驅(qū)動(dòng)核為例，講解各部分功能與實(shí)現(xiàn)的原理。,

2、a,4,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),一、電源 分為兩部分：一次側(cè)電源、二次側(cè)電源 一次側(cè)電源：上圖藍(lán)圈所示，控制系統(tǒng)或者開(kāi)關(guān)電源，如PIB或者QP320，通過(guò)排線或者雙絞線為控系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電，目前多為15V，以供控制板自身用電并通過(guò)變壓器為二次側(cè)（強(qiáng)電側(cè)）提供電源。,a,5,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),二次側(cè)電源：上圖藍(lán)圈所示，一次側(cè)直流電源經(jīng)過(guò)逆變，然后通過(guò)變壓器為二次側(cè)提供交流電，變壓器二次側(cè)的交流電通過(guò)整流橋以及濾波電容為二次側(cè)提供穩(wěn)定的直流電壓，該直流電壓一般在25-30V左右，即開(kāi)通正壓與關(guān)斷負(fù)壓的絕對(duì)值之和。電源的穩(wěn)定是整個(gè)驅(qū)動(dòng)板正常工作的基礎(chǔ)。,a,6,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí)

3、,對(duì)于0435驅(qū)動(dòng)板，電源與信號(hào)傳輸被集成到了一個(gè)模塊中，信號(hào)傳輸通過(guò)電磁方式。 而對(duì)于光纖驅(qū)動(dòng)板，例如常用的1SD536F2或者1SP0635，電源與信號(hào)傳輸是分開(kāi)的。例如上圖中藍(lán)圈所示為電源部分的變壓器，而紅圈所示部分為光纖傳輸用的光纖頭。信號(hào)是通過(guò)光脈沖進(jìn)行傳輸?shù)摹?a,7,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),二、信號(hào)接收 上圖中的藍(lán)圈與紅圈，0435驅(qū)動(dòng)板是雙通道驅(qū)動(dòng)板，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)或者兩組并聯(lián)IGBT，因此其信號(hào)接收端共有兩個(gè)，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)或者兩組并聯(lián)的IGBT。這個(gè)端口負(fù)責(zé)接收控制系統(tǒng)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高電平代表開(kāi)，低電平代表關(guān)，工作模式均為施密特觸發(fā)方式，即僅響應(yīng)開(kāi)關(guān)的上升/下降的跳變沿

4、，而不響應(yīng)常高或者常低的狀態(tài)。這一點(diǎn)在短路保護(hù)時(shí)有一定的作用。,a,8,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),例如當(dāng)IGBT發(fā)生短路后，驅(qū)動(dòng)板鎖定IGBT為關(guān)斷狀態(tài)，同時(shí)故障信號(hào)反饋給一次側(cè)，對(duì)于0635這類光纖驅(qū)動(dòng)板，其故障反饋時(shí)間與鎖止時(shí)間較短，只有大概9s，結(jié)束后驅(qū)動(dòng)板正常工作，即使鎖止結(jié)束時(shí)刻控制系統(tǒng)因?yàn)橐馔庠驔](méi)有及時(shí)鎖住驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而使得信號(hào)依然為常高，IGBT也不會(huì)開(kāi)通，直到關(guān)斷信號(hào)之后的下一個(gè)開(kāi)通信號(hào)，如此可防止IGBT短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷多次一類短路，導(dǎo)致炸機(jī)。,a,9,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),三、電位隔離 由于一次側(cè)與二次側(cè)、不同的二次側(cè)之間具有不同的電位，因此驅(qū)動(dòng)板必須要具有可靠的電位隔離措

5、施。 電源通過(guò)隔離變壓器進(jìn)行隔離（藍(lán)圈），不同的二次側(cè)之間通過(guò)獨(dú)立的變壓器以及充足的電氣間隙與爬電距離進(jìn)行隔離（紅圈）。 類似0435的電磁的信號(hào)傳輸方式，信號(hào)的電位隔離也是通過(guò)變壓器（藍(lán)圈），而類似1SD536F2之類的光纖驅(qū)動(dòng)板，信號(hào)的隔離通過(guò)光信號(hào)（黃圈）實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于電壓更高的產(chǎn)品，例如3300V三電平，板載的隔離已經(jīng)不滿足需求了，因此需要配置專用的隔離模塊。,a,10,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),四、信號(hào)傳輸 途中藍(lán)圈所示，控制系統(tǒng)的信號(hào)（跳變沿）被接收后，一次側(cè)的芯片將接收到的信號(hào)通過(guò)變壓器傳遞給二次側(cè)進(jìn)行執(zhí)行。光纖類驅(qū)動(dòng)板則是通過(guò)光纖中光信號(hào)的有無(wú)來(lái)傳遞,a,11,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基

6、礎(chǔ)知識(shí),上兩圖為0435驅(qū)動(dòng)板一次側(cè)信號(hào)（2通道）的開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)板二次側(cè)（1通道）的開(kāi)關(guān)執(zhí)行情況。,a,12,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),五、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行 二次側(cè)芯片在收到一次側(cè)傳遞的開(kāi)關(guān)信號(hào)（變壓器或者光脈沖）之后，通過(guò)分別控制門極開(kāi)通（GH）、關(guān)斷（GL）引腳處的的Mosfet的開(kāi)關(guān)來(lái)控制門極電壓為電源高電平或者電源低電平，進(jìn)而控制IGBT的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。這也是二次側(cè)電源電壓與門極開(kāi)關(guān)電壓絕對(duì)值之和相等的原因。,a,13,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),六、器件保護(hù) 保護(hù)功能主要是電源監(jiān)控和短路保護(hù)，短路保護(hù)又分為一類和二類短路保護(hù)。 電源保護(hù)功能針對(duì)的是電源欠壓，當(dāng)驅(qū)動(dòng)板一次側(cè)或者二次側(cè)電源發(fā)生欠壓時(shí)，

7、故障信號(hào)通過(guò)狀態(tài)反饋引腳或者光信號(hào)反饋給一次側(cè)或者控制系統(tǒng)，直到欠壓故障消失。,a,14,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),短路保護(hù) 驅(qū)動(dòng)板都具有一類短路功能，當(dāng)IGBT發(fā)生一類短路后，驅(qū)動(dòng)板可以在不受到控制系統(tǒng)控制的情況下自行關(guān)斷IGBT，及時(shí)保護(hù)IGBT防止因功耗過(guò)大（短路峰值損耗在兆瓦級(jí)）而損壞。,a,15,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),一類短路的特征為IGBT在開(kāi)通后，通過(guò)IGBT的短路電流急速上升達(dá)到飽和電流（大概4-6倍額定電流，倍數(shù)受到溫度影響），同時(shí)IGBT的CE電壓達(dá)到母線電壓，此時(shí)瞬時(shí)功耗極大，此為一類短路。出現(xiàn)的條件：某相的輸出與+或者-極之間有一段極端的導(dǎo)線短路，或者某相的半橋擊穿

8、短路。這兩種情況的同一個(gè)特征就是短路線的電感非常低。,a,16,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),短路保護(hù)功能原理 IGBT開(kāi)通后，短路導(dǎo)致CE之間電壓升高到母線電壓，即上圖紅圈所示點(diǎn)處，高壓通過(guò)圖中紅色箭頭路徑為Ca2充電，當(dāng)Ca2兩端電壓達(dá)到一定的閾值之后，圖中綠圈所示的VCE2收到信號(hào)，芯片進(jìn)行短路保護(hù)動(dòng)作自行關(guān)斷IGBT，同時(shí)將短路狀態(tài)信號(hào)反饋到一次側(cè)。 一類短路保護(hù)原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)也容易。,a,17,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),二類短路 除了一類短路外，IGBT還有可能遭受二類短路情況的考驗(yàn)，二類短路的特征為IGBT短路電流快速上升，但I(xiàn)GBT不進(jìn)入退保和即關(guān)斷，此時(shí)IGBT兩端電壓會(huì)由于系統(tǒng)內(nèi)

9、雜散電感的影響而出現(xiàn)電壓尖刺。二類短路其實(shí)是IGBT的一種極限關(guān)斷行為，在關(guān)斷時(shí)短路電流越大，電壓尖刺越高，當(dāng)峰值電壓超過(guò)IGBT耐壓極限時(shí)，IGBT就會(huì)由于過(guò)壓損壞。,a,18,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),二類短路發(fā)生的情況一般出現(xiàn)在電機(jī)或者電抗器絕緣擊穿時(shí)，此時(shí)短路線的電感很大，因此短路電流上升緩慢。不僅僅是二類短路關(guān)斷時(shí)，即便是在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的正常關(guān)斷行為也會(huì)產(chǎn)生關(guān)斷尖刺，只是正常關(guān)斷行為產(chǎn)生的電壓尖刺較小，不會(huì)造成損害。降低二類短路最根本的解決辦法是系統(tǒng)的布局與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要達(dá)到實(shí)現(xiàn)回路最小面積的目的，這樣系統(tǒng)內(nèi)的雜散電感最小，基礎(chǔ)原則為盡可能用疊層的措施、對(duì)于不能疊層的部分采用寬

10、、扁、短的設(shè)計(jì)。二類短路相對(duì)一類短路保護(hù)難度更大，保護(hù)也更有必要。,a,19,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),二類短路保護(hù) 隨著系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來(lái)越高，僅僅依靠機(jī)械設(shè)計(jì)降低雜散電感的難度越來(lái)越大，隨著三電平類產(chǎn)品的出現(xiàn)，僅僅依靠降低回路面積的方式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求，因此現(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)板多采取有源鉗位的方式來(lái)控制短路關(guān)斷動(dòng)作，降低關(guān)斷速度，進(jìn)而降低電壓尖刺。,a,20,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),二類短路保護(hù)原理 當(dāng)IGBT的CE間電壓超過(guò)某一限值時(shí)（例如3300V驅(qū)動(dòng)板限值多為2500V），TVS管Dz導(dǎo)通，產(chǎn)生了電流Iz，這個(gè)電流會(huì)通過(guò)為IGBT門極電容充電使得門極電壓降低變慢，而間接的降低IGBT的

11、關(guān)斷速度，抑制電壓尖刺。隨著技術(shù)的進(jìn)步，有源鉗位的也衍生出了高級(jí)有源鉗位，效率更高，效果更好，基礎(chǔ)原理一致。,a,21,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),七、狀態(tài)反饋 在驅(qū)動(dòng)板工作過(guò)程中，二次側(cè)會(huì)將其工作及時(shí)反饋給一次側(cè)，以便控制系統(tǒng)檢測(cè)IGBT工裝狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的控制動(dòng)作。 目前狀態(tài)反饋的主要內(nèi)容為故障狀態(tài)反饋，包括電源欠壓和一類短路，即將驅(qū)動(dòng)板發(fā)生故障的信號(hào)及時(shí)傳遞給一次側(cè)。0435驅(qū)動(dòng)板在發(fā)生故障后，狀態(tài)輸出引腳（上圖藍(lán)圈）將會(huì)轉(zhuǎn)為低阻抗，持續(xù)到阻斷時(shí)間（可調(diào)）結(jié)束。,a,22,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),而對(duì)于0635之類的光纖型驅(qū)動(dòng)板而言，故障信號(hào)則要通過(guò)光信號(hào)來(lái)表達(dá)。這類驅(qū)動(dòng)板除了電源欠壓及

12、一類短路外，往往還有一個(gè)握手協(xié)議狀態(tài)反饋，在每次開(kāi)通或關(guān)斷指令收到后，驅(qū)動(dòng)板將向控制系統(tǒng)反饋一個(gè)700ns的脈沖，表示已收到開(kāi)關(guān)信號(hào)。但該脈沖容易觸發(fā)短路保護(hù)誤動(dòng)作，因此該信號(hào)往往需要濾除。,a,23,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),當(dāng)確有故障發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)板會(huì)反饋一個(gè)大概9s左右的脈沖信號(hào)，傳遞故障信號(hào)。因此光纖驅(qū)動(dòng)板的故障信號(hào)是通過(guò)光的消失時(shí)間來(lái)表達(dá)的。,a,24,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),八、驅(qū)動(dòng)板開(kāi)通、關(guān)斷電阻 大部分驅(qū)動(dòng)板都具有獨(dú)立可調(diào)的開(kāi)通、關(guān)斷電阻（有些在門極板上），該電阻的作用在于調(diào)節(jié)IGBT的開(kāi)通、關(guān)斷速度，一般采用大功率插件電阻或者小功率貼片電阻多并聯(lián)。,a,25,IGBT驅(qū)動(dòng)板的

13、基礎(chǔ)知識(shí),開(kāi)關(guān)電阻的作用原理：IGBT的門極實(shí)際上是一個(gè)Mosfet開(kāi)關(guān)，是用電壓信號(hào)控制門極開(kāi)關(guān)，門機(jī)上有一個(gè)門極電容（IGBT內(nèi)部或者板載的），隨著這個(gè)電容上的電壓的變化，IGBT進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。開(kāi)關(guān)電阻與門極電容串聯(lián)形成RC充放電電路，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)門極電阻來(lái)調(diào)節(jié)RC充放電時(shí)間，進(jìn)而控制IGBT開(kāi)關(guān)速度。開(kāi)通電阻小，開(kāi)通快；關(guān)斷電阻大，關(guān)斷慢。,a,26,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),目前市面上成型的驅(qū)動(dòng)板多為光纖驅(qū)動(dòng)板，此種驅(qū)動(dòng)板針對(duì)不同廠家的同類IGBT、同一廠家的不同IGBT已經(jīng)進(jìn)行了電阻適配，方便了使用與維護(hù)。需要注意的是，同一類型的驅(qū)動(dòng)板對(duì)不同類型的IGBT是不通用的，在實(shí)際使用

14、時(shí)注意驅(qū)動(dòng)板與IGBT的匹配。,a,27,IGBT驅(qū)動(dòng)板的基礎(chǔ)知識(shí),門極電阻可以根據(jù)實(shí)際需要而進(jìn)行調(diào)整，因此可以針對(duì)系統(tǒng)需求自行調(diào)整電阻配置。需要注意的是開(kāi)關(guān)電阻直接影響IGBT的開(kāi)關(guān)速度，也直接影響IGBT的開(kāi)關(guān)損耗，電阻越大，損耗越大。其中開(kāi)通電阻對(duì)于開(kāi)通損耗的影響很明顯，因此一般越小越好，而關(guān)斷電阻對(duì)關(guān)斷損耗影響不大，為了短路保護(hù)，可適當(dāng)放大阻值。,a,28,開(kāi)通電阻對(duì)開(kāi)通時(shí)間的影響,開(kāi)通電阻為3歐姆,開(kāi)通電阻為5歐姆,a,29,關(guān)斷電阻對(duì)關(guān)斷時(shí)間的影響,驅(qū)動(dòng)電阻為2歐姆， 關(guān)斷時(shí)間1.64us,驅(qū)動(dòng)電阻為4.7歐姆， 關(guān)斷時(shí)間3.56us,a,30,常用驅(qū)動(dòng)板編號(hào)含義,電壓等級(jí)，170

15、0V,驅(qū)動(dòng)核命名規(guī)則,運(yùn)行溫度，對(duì)不同驅(qū)動(dòng)核含義不同,第二代驅(qū)動(dòng)器,隔離技術(shù) T：變壓器方式 V：普通光纖頭 S：ST光纖頭,單通道峰值輸出電流，單位為A,單通道平均輸出功率，單位為W,驅(qū)動(dòng)器系列，SC代表驅(qū)動(dòng)核，SP代表即插即用型驅(qū)動(dòng)板,通道數(shù)，2通道,a,31,常用驅(qū)動(dòng)板編號(hào)含義,即插即用驅(qū)動(dòng)板命名規(guī)則,a,32,驅(qū)動(dòng)板使用時(shí)的注意事項(xiàng),一、型號(hào)匹配 1、驅(qū)動(dòng)板與IGBT的電壓等級(jí)保證一致。 2、驅(qū)動(dòng)板小類別與IGBT型號(hào)一致，即插即用型驅(qū)動(dòng)板后綴帶有所驅(qū)動(dòng)IGBT型號(hào)，使用前注意檢查型號(hào)匹配，如果暫時(shí)沒(méi)有同型號(hào)驅(qū)動(dòng)板可用，可以根據(jù)配置表將其他型號(hào)驅(qū)動(dòng)板改為所需型號(hào)。,a,33,驅(qū)動(dòng)板使用時(shí)的注意事項(xiàng),二、防靜電措施 CONCEPT門極驅(qū)動(dòng)器基于高度集成的專用集成電路芯片組。 這些芯片組分別基于雙極和CMOS 技術(shù)設(shè)計(jì)