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逆变H桥IGBT单管驱动+保护详解_电路_电压

乖囧猫 2025-01-03 07:37:30 0

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大家都知道,IGBT单管相称的薄弱,同样电流容量的IGBT单管,比同样电流容量的MOSFET薄弱多了,也便是说,在逆变H桥里头,MOSFET上去没有问题,但是IGBT上去,可能开机带载就炸了。
这一点很多人估计都深有体会。
当时我看到做的哥们用FGH25N120AND这个,反响很随意马虎就烧了,当时不以为然。

只到我在事情中碰着,一定要利用IGBT的时候,我才创造我错了,当初我非常天真的认为,一个IRFP460,20A/500V的MOSFET,我用个SGH40N60UFD 40A/600V的IGBT上去怎么样也不会炸的吧,实际情形却是,带载之后,溘然加负载和撤销负载,几次下来就炸了,我以为是电路没有焊接好,然后同样的换上去,还是炸掉,这样白白摧残浪费蹂躏了好多IGBT。

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后来创造一些规律,便是采取峰值电流保护的方法就能让IGBT不会炸,下面我就会将这些东西一起详细的说一说,说的不好请大家见谅,这个帖子会逐步更新,也希望高手们多多提出见地。

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(图片来自网络侵删)

我们将这个问题看出几个部分来办理:

1,驱动电路;

2,电流采集电路;

3,保护机制;

一、驱动电路

这次采取的IGBT为IXYS的,IXGH48N60B3D1,详细规格书如下:

IXGH48N60B3D1

驱动电路如下:

这是一个非常范例的运用电路,完备可以用于IGBT或者MOSFET,但是也有些不一样的地方。

1,有负压产生电路,

2,隔离驱动,

3,单独电源供电。

首先我们来总体看看,这个电路没有保护,用在逆变上100%炸,但是我们可以将这个电路的本色摸清楚。

先讲讲重点:

1:驱动电阻R2,这个在驱动里头非常主要,图上还有D1合营关闭的时候,让IGBT的CGE快速的放电,实际上看须要,这个D1也可以不要,也可以在D1回路里头串联一个电阻做0FF关闭时候的栅极电阻。

下面发几个波形照片,不同的栅极电阻,和高压HV+400V共同产生浸染的时候,高下2个IGBT栅极的实际情形。

上面的图,是在取消负压的时候,高下2管之间的栅极波形,栅极电阻都是在10R情形下。

上面的图是在不加DC400V情形下丈量2管G极波形,下图是在DC400V情形下,2管的栅极波形。

为何第二个图会有一个尖峰呢。
这个要从IGBT的内部情形提及,大略来说,IGBT的GE上有一个寄生的电容,它和其余的CGC一个寄生电容共同组成一个池塘子,那便是QG,实在这个和MOSFET也很像的。

那么在来看看为何400V加上去,就会不才管上的G级上产生尖峰。
借花献佛,抓个图片来解释:

如上图所示,当上官开通的时候,此时是截止的,由于上官开通的时候,这个时候要引入DV/DT的观点,这个比较抽象,先不管它,大略普通的说便是上管开通的时候,上管等效为直通了,+DC400V电压立马加入到下管的C级上,这么高的电压急速从IGBT的寄生电容上通过产生一个感应电流,这个感应电流上图有公式打算,这个电流在RG电阻和驱动内阻的共同浸染下,不才管的栅极上构成一个尖峰电压,如上面那个示波器的截图所示。
到目前为止,没有引入米勒电容的观点,理解了这些,然后对着规格书一看,米勒电容是什么,对电路有何影响,就随意马虎理解多了。

这个尖峰有许多坏处,从上面示波器截图可以看出来,在尖峰时候,下管实际上已经到7V电压了,也便是说,在尖峰的这个韶光段内,高下2个管子是共同导通的。
下管的导通韶光短,但是由于有TON的韶光关系在里面,以是这个电流不会太大。
管子不会炸,但是会发热,随着传输的功率越大,这个情形会更加严重,大大影响效率。

本来是要发出加入负压之后波形照片,负压可以使这个尖峰在安全的电平范围内。
示波器须要U盘导出位图,这样清晰,本日发

二,电流采集电路

说到这一步,便是离保护不远了,我的履历便是电流采集速率要很快,这样才能在过流或短路的时候迅速见告后面的电路->,这里出问题了。
让IGBT迅速安全的关闭。

这个电路该如何实现呢?对付逆变电路,我们可以直接用电阻采样,也可以用VCE管压降探测办法。
管压降探测这个论坛里有多次谈论涌现过,但是都没有一个真正能用,真正实际运用过,测试过的电路(专用驱动芯片例外),这是由于每种实际运用的参数大不一样,比如IGBT参数不同,须要调度的参数很多,须要一定的履历做调度。

我们可以从最大略的办法入手,采取电阻检测这个电流,短路来了,可以在电阻上产生压降,用比较器和这个电压进行比较,得出终极是否有过流或者短路旗子暗记

用这个图就可以了,由于事理非常大略,就一个比较的浸染,大家实现起来会非常随意马虎,没有多少参数可以调度的。

上图是采样H桥对地的电流,举个例子:如果IGBT是40A,我们可以采纳2倍旁边的峰值电流,也便是80A,对应上图,RS为0.01R,如果流入超过80A脉冲电流那么在该电阻上产生0.01R80A=0.8V电压,此电压经由R11,C11消隐之后到比较器的+端,与来自-真个基准电压比较较,图上的-端参考电阻设置不对,实际中请其余打算,本例可以分别采取5.1K和1K电阻分压变成0.81V旁边到-端,此时如果采样电阻RS上的电压超过0.8V以上,比较器立即翻转,输出SD 5V电平到外部的电路中。
这个变革的电平旗子暗记便是我们后面接下来须要利用的是否短途经流的旗子暗记了。

有了这个旗子暗记了,那我们如何关闭IGBT呢?我们可以看环境是否采纳软关闭,也可以采纳直接硬关闭。

采纳软关闭,可以有效防止在关闭的瞬间造成电路的电压升高的情形,关闭特性非常软,很温顺,非常适宜于高压大功率的驱动电路。

如果采纳硬关闭,可能会造成高压DC上的电压过冲,

比如第一图中的DC400V高压可能变成瞬间变成DC600V也说不定,当时我看一些资料上的记载的时候,非常难以理解:关就关了嘛,高压难道还自己升上去了?实际情形却是真实存在的。

如果大家难以理解,可以做个试验,家里有水塔的,最清楚,水塔在很高的楼上,水龙头在一楼,打开水龙头,水留下来了,然后用极快的速率关闭这个水龙头,你会听到水管子有响声,连水管子都会要震撼一下(不知道说的对不对,请高手示正,在此引入水龙头这个例子还得感谢我读书的时候,老师看我们太笨了,讲三极管特性事理的时候打的比喻,在此我要感谢他),IGBT在桥电路的事理同样如此。
在IGBT严重短路的时候,如果立马硬关闭IGBT,轻则只是会在母线上造成过冲的感应电压(至于为何会过冲可以查阅干系资料,很多资料都说到了),管子能抗过去,比如你在直流高压母线上并联了非常好的接管电容,有多重接管电路等等。

重则,管子关闭的时候会失落效,关了也没有用,IGBT还是会被过冲电压击穿短路,而且这个短路是没有办法规复的,会立即破坏非常多的电路。
有时候没有过压也能引起这种征象,这个失落效的事理详细模型本人未知,但是可以想象的是可能是由于管子干系的其他寄生电容和米勒电容共同引起失落效的,或者是由于在过流,短路旗子暗记发生时候,IGBT已经发生了擎柱效应就算你去关,关也关不去世了。

还有第三种办法,是叫做:二级关闭,这种办法大略来说,便是检测到了短路,过流旗子暗记,PWM此时这个脉冲并没有打算软关闭或直接关闭,而是立即将此时候对应的VGE驱动脉冲电压降落到8V旁边以此来判断是否还是在过流或短路区域,如果还是,连续沿用这个8V的驱动,一贯到设定的韶光,比如多个个us还是这样就会立即关了,如果不是,PWM将会规复正常。
这种办法一样平常可能见到不多,以是我们不做深入研究。

理解了这些,我们可以看情形来详细采取那些关闭的办法,我认为在2KW级别中,DC380V内,直接采纳硬关闭已经可以知足哀求了,只须要在H桥上并联接管特性良好的一个电容,就可以用600V的IGBT了。

关键的一点便是检测时候要快速,检测之后要关闭快速,只有做到了快,IGBT就不会烧。

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