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大功率IGBT选择驱动电路设计要求

作者:海飞乐技术 时间:2018-05-23 14:31

  绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用,在实际使用中除IGBT自身外,IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样至关重要。驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致 IGBT 和驱动器损坏。
  对于大功率IGBT,选择驱动电路基于以下的参数要求:器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的大小,对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv/dt电流等参数有不同程度的影响。门极驱动条件与器件特性的关系见表1。栅极正电压 的变化对IGBT的开通特性、负载短路能力和dVcE/dt电流有较大影响,而门极负偏压则对关断特性的影响比较大。在门极电路的设计中,还要注意开通特性、负载短路能力和由dVcE/dt 电流引起的误触发等问题(见表1)。

表1  IGBT门极驱动条件与器件特性的关系
IGBT门极驱动条件与器件特性的关系
 
  由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化,因而驱动电路性能的好坏将直接影响IGBT能否正常工作。为使IGBT能可靠工作。IGBT对其驱动电路提出了以下要求。
 
  1)向IGBT提供适当的正向栅压。并且在IGBT导通后。栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要有足够的幅度,使IGBT的功率输出级总处于饱和状态。瞬时过载时,栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区。IGBT导通后的管压降与所加栅源电压有关,在漏源电流一定的情况下,VGE越高,VDS傩就越低,器件的导通损耗就越小,这有利于充分发挥管子的工作能力。但是, VGE并非越高越好,一般不允许超过20 V,原因是一旦发生过流或短路,栅压越高,则电流幅值越高,IGBT损坏的可能性就越大。通常,综合考虑取+15 V为宜。
 
  2)能向IGBT提供足够的反向栅压。在IGBT关断期间,由于电路中其他部分的工作,会在栅极电路中产生一些高频振荡信号,这些信号轻则会使本该截止的IGBT处于微通状态,增加管子的功耗。重则将使调压电路处于短路直通状态。因此,最好给处于截止状态的IGBT加一反向栅压(幅值一般为5~15 V),使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。
 
  3)具有栅极电压限幅电路,?;ふぜ槐换鞔?。IGBT栅极极限电压一般为+20 V,驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。
 
  4)由于IGBT多用于高压场合。要求有足够的输入、输出电隔离能力。所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离,一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。
 
  5)IGBT的栅极驱动电路应尽可能的简单、实用。应具有IGBT的完整?;すδ?,很强的抗干扰能力,且输出阻抗应尽可能的低。
 
  IGBT实用的驱动电路
  1 、直接驱动法
  如图 1 所示,为了使 IGBT 稳定工作,一般要求双电源供电方式,即驱动电路要求采用正、负偏压的两电源方式,输入信号经整形器整形后进入放大级,放大级采用有源负载方式以提供足够的门极电流。为消除可能出现的振荡现象,IGBT 的栅射极间接入了RC 网络组成的阻尼滤波器。此种驱动电路适用于小容量的 IGBT。
图1 驱动电路图 
图1 驱动电路图
  2 、隔离驱动法
图2 变压器隔离驱动电路 
图2 变压器隔离驱动电路
图 3 隔离驱动电路 
图 3 隔离驱动电路
  隔离驱动法有两种电路形式。图 2 为最简单的变压器隔离驱动电路,适用于小容量的IGBT。图3 为光电耦合隔离驱动电路,采用双电源供电的方式。当 VG 使发光二极管有电流流过时,光电耦合器 HU 的三极管导通,R1 上有电流流过,场效应管T1 关断,在VC 的作用下,经电阻 R2、T2 管的基—发射器有了偏流,T2 迅速导通,经 RG 栅极电阻,IGBT 得到正偏而导通。当 VG 没有脉冲电压时,发光二极管不发光,作用过程相反, T1 导通使T3 导通,-Vc 经栅极电阻RG 加在IGBT 的栅射极之间,使IGBT 迅速关断。



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