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三种IGBT驱动电路和保护方法详解_暗记_旗子

乖囧猫 2025-01-03 17:52:06 0

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(1) 供应适当的正向和反向输出电压,使IGBT可靠的开通和关断。

(2) 供应足够大的瞬态功率或瞬时电流,使IGBT能迅速建立栅控电场而导通。

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(3) 尽可能小的输入输出延迟韶光,以提高事情效率。

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(图片来自网络侵删)

(4) 足够高的输入输出电气隔离性能,使旗子暗记电路与栅极驱动电路绝缘。

(5) 具有灵敏的过流保护能力。

驱动电路EXB841/840

EXB841 事情事理如图1,当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us往后IGBT正常开通,VCE低落至3V旁边,6脚电压被 胁迫在8V旁边,由于VS1稳压值是13V,以是不会被击穿,V3不导通,E点的电位约为20V,二极管VD截止,不影响V4和V5正常事情。

当 14脚和15脚无电流流过,则V1和V2导通,V2的导通使V4截止、V5导通,IGBT栅极电荷通过V5迅速放电,引脚3电位低落至0V,是 IGBT栅一 射间承受5V旁边的负偏压,IGBT可靠关断,同时VCE的迅速上升使引脚6“悬空”。
C2的放电使得B点电位为0V,则V S1仍旧不导通,后续电路不动作,IGBT正常关断。

如有过流发生,IGBT的V CE过大使得VD2截止,使得VS1击穿,V3导通,C4通过R7放电,D点电位低落,从而使IGBT的栅一射间的电压UGE降落 ,完成慢关断,实现对IGBT的保护。
由EXB841实现过流保护的过程可知,EXB841剖断过电流的紧张依据是6脚的电压,6脚的电压不仅与VCE 有关,还和二极管VD2的导通电压Vd有关。

范例接线方法如图2,利用时把稳如下几点:

a、IGBT栅-射极驱动回路来回接线不能太长(一样平常该当小于1m),并且该当采取双绞线接法,防止滋扰。

b、由于IGBT集电极产生较大的电压尖脉冲,增加IGBT栅极串联电阻RG有利于其安全事情。
但是栅极电阻RG不能太大也不能太小,如果 RG增大,则开通关断韶光延长,使得开通能耗增加;相反,如果RG太小,则使得di/dt增加,随意马虎产生误导通。

c、图中电容C用来接管由电源连接阻抗引起的供电电压变革,并不是电源的供电滤波电容,一样平常取值为47 F。

d、6脚过电流保护取样旗子暗记连接端,通过快规复二极管接IGBT集电极。

e、14、15接驱动旗子暗记,一样平常14脚接脉冲形成部分的地,15脚接输入旗子暗记的正端,15真个输入电流一样平常该当小于20mA,故在15脚前加限流电阻。

f、为了担保可靠的关断与导通,在栅射极加稳压二极管。

M57959L/M57962L厚膜驱动电路

M57959L/M57962L厚膜驱动电路采取双电源(+15V,- 10V)供电,输出负偏压为-10V,输入输出电平与TTL电平兼容,配有短 路/过载保护和 封闭性短路保护功能,同时具有延时保护特性。
其分别适宜于驱动1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其 以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驱动中小功率的IGBT时,驱动效果和各项性能表现优秀,但当其事情在高频下时,其脉冲前后沿变的较差,即信 号的最大传输宽度受到限定。
且厚膜内部采取印刷电路板设计,散热不是很好,随意马虎因过热造成内部器件的烧毁。

日本三菱公司的M57959L集成IGBT专用驱动芯片它可以作为600V/200A或者1200V/100A的IGBT驱动。
其最高频率也达40KHz,采取双电源 供电(+15V和-15V)输出电流峰值为±2A,M57959L有以下特点:

(1) 采取光耦实现电器隔离,光耦是快速型的,适宜20KHz旁边的高频开关运行,光耦的原边已串联限流电阻,可将5V电压直接加到输入 侧。

(2) 如果采取双电源驱动技能,输出负栅压比较高,电源电压的极限值为+18V/-15V,一样平常取+15V/-10V。

(3) 旗子暗记传输延迟韶光短,低电平-高电平的传输延时以及高电平-低电平的传输延时时间都在1.5μs以下。

(4) 具有过流保护功能。
M57962L通过检测IGBT的饱和压降来判断IGBT是否过流,一旦过流,M57962L就会将对IGBT履行软关断,并输出过 流故障旗子暗记。

(5) M57959的内部构造如图所示,这一电路的驱动部分与EXB系列相仿,但是过流保护方面有所不同。
过流检测仍采取电压采样,电路特 点是采取栅压缓降,实现IGBT软关断。

避免了关断中过电压和大电流冲击,其余,在关断过程中,输入掌握旗子暗记的状态失落去浸染,既保护关断是在封闭状态中完成的。
当保护开始时,立即送出故障旗子暗记,目的是割断掌握旗子暗记,包括电路中其它有源器件。

SD315A集成驱动模块

集成驱动模块采取+15V单电源供电,内部集成有过流保护电路,其最大的特点是具 有安全性、智能性与易用性。
2SD315A能输出很大的峰 值电流(最大瞬时输出电流可达±15A),具有很强的驱动能力和很高的隔离电压能力(4000V)。
2SD315A具有两个驱动输出通道,适宜于驱 动等级为1200V/1700V极其以上的两个单管或一个半桥式的双单元大功率IGBT模块。
个中在作为半桥驱动器利用的时候,可以很方便地 设置去世区韶光。

2SD315A内部紧张有三大功能模块构成,分别是LDI(Logic To Driver Interface,逻辑驱动转换接口)、IGD(Intelligent Gate Driver,智能门极驱动)和输入与输出相互绝缘的DC/DC转换器。
当外部输入PWM旗子暗记后,由LDI进行编码处理,为担保旗子暗记不受外界条件的 滋扰,处理过的旗子暗记在进入IGD前需用高频隔离变压器进行电气隔离。
从隔离变压器另一侧 吸收到的旗子暗记首先在IGD单元进行解码,并把解码后的PWM旗子暗记进行放大(±15V/±15A)以驱动外接大功率IGBT。
当智能门极驱动单元IGD内的 过流和短路保护电路检测到IGBT发生过流和短路故障时,由封锁韶光逻辑电路和状态确认电路产生相应的相应韶光和封锁韶光,并把此时的状态旗子暗记进行编码送 到逻辑掌握单元LDI。
LDI单元对传送来的IGBT事情状态旗子暗记进行解码处理,使之在掌握回路中得以处理。
为防止2SD315A的两路输出驱动旗子暗记相互 滋扰,由DC/DC转换器供应彼此隔离的电源供电。

2SD315利用时把稳事变:

a、事情模式

驱动模块的模式选择端MOD外接+15V电源,输入引脚RC1和RC2接地,为直接事情模式。
逻辑掌握电平采取+15V,旗子暗记输入管脚InA、 InB连 接在一起吸收来自单片机的脉冲旗子暗记。
2SD315A的SO1和SO2两只管脚输出通道的事情状态。
当MOD接地时,MOD接地。
常日半桥模式都是驱动一个 直流母线上的一个桥臂,为避免高下桥臂直通必须设置去世区韶光,在去世区韶光里两个 管子同时关断。
因此,RC 1、RC2端子必须根据哀求外接RC网络来产生去世区韶光,去世区韶光一样平常可以从100n,到几个ms。
图中所示的RC 1、 RC2分别连接lOk.的电阻和100pF的电容,这样产生的去世区韶光大约是500ns.

b、端口VL/Reset

这个端子是用来定义具有施密特性质的输入InA和InB的,使得输入在2/3VL时开通,在I/3 VL时作为关断旗子暗记。
当PWM旗子暗记是TTL电平时, 该端子连接如图3-5所示,当输入InA和InB旗子暗记为15V的时候,该端子该当通过一个大约1K旁边的电阻连接到++15V电源上,这样开启和关断电压 分别该当是lov和5V。
其余,输入UL/Reset端还有其余的功能:如果其接地,则逻辑驱动接口单元l.DI001内的缺点信息被打消。

c、门极输出端

门极输出Gx端子接电力半导体的门极,当SCALE驱动器用15V供电的时候,门极输出土15V.负的门极电压由驱动器内部产生。
利用如图3-6 构造的电路可以实现开通和关断的速率的不一样,增加了用户利用的灵巧性。

d、布局和布线

驱动器该当尽可能近的和功率半导体放在一起,这样从驱动器到电力晶体管的引线就会尽可能的短,一样平常来说驱动器的连线只管即便不要长 过10厘米。
同时一样平常哀求到集电极和发射极的引线采取绞合线,还有可以在IGBT的门极和发射极之间连接一对齐纳稳压二极管(15~18V) 来保护IGBT不会被击穿。

驱动模块的模式选择端MOD外接+15V电源,输入引脚RC1和RC2接地,为直接事情模式。
逻辑掌握电平采取+15V,旗子暗记输入管脚InA、 InB连 接在一起吸收来自单片机的脉冲旗子暗记,进行同步掌握。
2SD315A的SO1和SO2两只管脚外接三极管和光耦用来向单片机输出两输出通道的 事情状态,其输出端构造皆为集电极开路输出,可以通过外接上拉电阻以适用于各种电平逻辑。
在管脚SO1、SO2和电源之间以及VisoX 和LSX之间加发光二极管进行故障指示。
正常情形下SO1和SO2输出皆为高电平,上电后D3和D4先亮,延时几秒后熄灭,同时D8和D15发亮。

当检测到故障旗子暗记时,SO1和SO2的输出电平被拉低到地,即D3和D4发亮,同时D8和D15闪烁。
2SD315A是通过监测UCE(sat)来 判断回路是否 短路和过流,当检测到一起或两路发生过流征象时,检测电路会把非常状态回馈到驱动模块,驱动模块内部会产生一个故障旗子暗记并将它 锁存,锁存韶光为1s,在这段韶光内,驱动模块不再输出旗子暗记,而是将两组IGBT及时关断予以保护。
同时,状态输出管脚SO1和SO2的高电平 被拉低,光耦TLP521导通,两路状态旗子暗记通过或门74LS32送给单片机。
为防止因关断速率太快在IGBT的集电极上产生很高的反电动势,在门极输出 端采取如图所示的电路构造实现开通和关断速率的不同。
开通时门极电阻为3.4Ω,关断时电阻为6.8Ω,二极管采取快恢 复型,这样就使关断速率低落到安全水平。

IGBT短路失落效机理

IGBT负载短路下的几种后果

(1) 超过热极限:半导体的本征温度极限为250℃,当结温超过本征温度,器件将损失阻断能力,IGBT负载短路时,由于短路电流时结温升 高,一旦超过其热极限时,门级保护也相应失落效。

(2) 电流擎住效应:正常事情电流下,IGBT由于薄层电阻Rs很小,没有电流擎住征象,但在短路状态下,由于短路电流很大,当Rs上的压降 高于0.7V时,使J1正偏,产生电流擎住,门级便失落去电压掌握。

(3) 关断过电压:为了抑制短路电流,当故障发生时,掌握电路立即撤去正门级电压,将IGBT关断,短路电流相应低落。
由于短路电流大, 因此,关断中电流低落率很高,在布线电感中将感生很高的电压,尤其是在器件内封装引线电感上的这种感应电压很难抑制,它将使器件有过电流变为关断过电压而 失落效。

IGBT过流保护方法

(1) 减压法:是指在故障涌现时,降落门级电压。
由于短路电流比例于外加正门级电压Ug1,因此在故障时,可将正门级电压降落。

(2) 割断脉冲方法:由于在过流时,Uce电压升高,我们利用检测集电极电压的方法来判断是否过流,如果过流,就割断触发脉冲。
同时尽 量采取软关断办法,缓解短路电流的低落率,避免产生过电压造成对IGBT的破坏。

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