IGBT驱动与保护电路的应用研究_暗记_电压

IGBT驱动要点

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IGBT栅极驱动电压Uge

IGBT的驱动条件与IGBT的特性密切干系。
在设计栅极驱动电路时,当栅极驱动电压大于阈值电压时IGBT即可开通,一样平常情形下阈值电压Uge(th)=5～6V。
这样即可以使IGBT在开通时完备饱和,通态损耗最小,又可以限定短路电流。
因此栅极驱动电压Uge须要选择一个得当的数值,以担保IGBT的可靠运行。
栅极电压增高时,有利于减小IGBT的开通损耗和导通损耗,但同时将使IGBT能承受的短路韶光变短(10μs以下),使续流二极管反向规复过电压增大,以是务必掌握好栅极电压的变革范围,一样平常Uge可选择在-10～+15V之间,关断电压为-10V,开通电压为+15V。
因此常日选取栅极驱动电压Uge≥D×Uge(th),系数D=1.5、2、2.5、3。
当阈值电压Uge(th)为6V时,栅极驱动电压Uge则分别为9V、12V、15V、18V,12V最佳。
使IGBT在关断时,栅极加负偏压,以提高抗负载短路能力和du/dt引起的误触发等问题。

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IGBT栅极电阻Rg

选择适当的栅极串联电阻Rg对IGBT驱动相称主要。
当Rg增加时,将使IGBT的开通与关断韶光增加,使开通与关断能耗均增加,但同时,可以使续流二极管的反向规复过电压减小,同时减少EMI的影响。
而门极电阻减少,则又使di/dt增大,可能引发IGBT误导通,当Rg减小时,减小IGBT开关韶光,减小开关损耗;但Rg太小时,可导致g、e之间振荡,IGBT集电极di/dt增加,引起IGBT集电极尖峰电压,使IGBT破坏。
因此,应根据IGBT电流容量和电压额定值及开关频率选取Rg值,如10Ω、15Ω、27Ω等,建议g、e之间并联数值为10kΩ旁边的Rge,以防止栅极破坏。

保护电路

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设计思路[1]

在负载持续短路时,这些驱动集成电路有可能使IGBT重复承受数毫秒的大电流脉冲。
短路期间强大的电流脉冲威胁IGBT的安全并有可能导致其不可规复性破坏。
因此一旦发生负载短路,必须尽可能地减少IGBT短途经电流的事情韶光,这就必须通过外电路闭锁输入驱动旗子暗记,防止IGBT连续通过大电流脉冲。
单靠驱动集成电路本身不敷以完备保护IGBT,必须外加赞助保护电路割断输入驱动旗子暗记。

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硬件保护电路组成

本文通过LM358和LS373能有效地实现过流和短路保护功能。
其电路紧张由一个LM358、两个二极管、一个地址锁存器LS373、两个参考电压等组成。

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LS373芯片的特性

LS373为三态输出的八D透明锁存器,其外部管脚及逻辑如图1所示。

LS373的输出端1Q～8Q可直接与总线相连。
当三态许可掌握端OE为低电平时,1Q～8Q为正常逻辑状态,可用来驱动负载或总线。
当OE为高电平时,1Q～8Q呈高阻态,既不驱动总线,也不是总线的负载,但锁存器内部的逻辑操作不受影响。
当锁存许可端LE为高电平时,Q随数据D而变。
当LE为低电平时,Q被锁存在已建立的数据电平。
当LE端施密特触发器的输入具有滞后浸染,可使互换和直流噪声抗扰度被改进400mV。
引出端符号:1D～8D为数据输入端,OE三态许可掌握端(低电平有效),LE锁存许可端,1Q～8Q为输出端。
真值表如表1所示。

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硬件保护电路剖析

连接方法如图2所示,

也称为双限比较器。
参考电压为+5V和-5V,当输入电压UINPUT<-5V时,运放LM358输出-15V,这时二极管VD1截止,VD2导通,Uin=12.96V,UDIR=5V,根据真值表,LS373的输出为高阻态,从硬件上封锁PWM的输出,UDIR=0V,光耦导通(见图3),

F为低电平;当输入电压为-5V<UINPUT<+5V时,运放LM358输出-15V,VD1截止,VD2截止,Uin=0V,UDIR=0V,由于LS373的ENABLE为高电平,以是输入旗子暗记与输出旗子暗记同等,UDIR=5V,光耦截止,F为高电平;当输入电压UINPUT>+5V时,运放LM358输出+12.95V,VD1导通,VD2截止,Uin=12.96V,UDIR=5V，同理，LS373的输出为高阻态，封锁了PWM。
UDIR=0V，光耦导通，F为低电平。

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软件保护电路剖析

常日采纳的过流保护方法有硬件关断和软件关断两种。
硬件关断指在检测出过流和短路旗子暗记时,LS373的1脚输出为高电平,迅速封锁栅极旗子暗记,使IGBT关断。
但是,由于硬件关断一旦检测到过流旗子暗记就关断,使得PWM11～PWM66输出不断地发生跳变,很随意马虎发生误动作。
为了提高保护电路的抗误动作能力,在硬件短路保护旗子暗记之后添加一个软件封锁,即通过F旗子暗记来实现(见图3)。
当UDIR

为高电平时,LS373直接封锁PWM11～PWM66的旗子暗记,实现硬件封锁旗子暗记,同时UDRIVE变为低电平,将F旗子暗记拉低,通过DSP软件来封锁PWM1～PWM6旗子暗记,从而起到软件保护的浸染。

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保护过程

旗子暗记变革过程如图4和图5所示,

当电压旗子暗记-5V<UINPUT<+5V时,UDIR=0V,F旗子暗记为高电平,硬件不保护,软件也不保护;当电压旗子暗记UINPUT>+5V时,UDIR=5V,硬件保护,封锁PWM,同时,UDIRVE=0V,光耦导通,F为低电平,DSP将从软件上封锁PWM。
随着电流的减小,电压旗子暗记UINPUT将小于+5V,硬件保护UDIR=0V,但此时软件将一贯封锁PWM直到重新上电。
同理,当电压旗子暗记UINPUT<-5V时,UDIR=5V,硬件保护,封锁PWM,同时,UDIRVE=0V,光耦导通,F为低电平,DSP将从软件上封锁PWM。
随着电流的减小,电压旗子暗记UINPUT将小于+5V,硬件保护UDIR=0V,这种过流保护,一旦动作后,要通过复位才能规复正常作。

实验结果

图6显示的是当电流旗子暗记使电压为+4.9V,即小于参考电压5V时,没有硬件保护,F旗子暗记也为高电平,PWM输出的电压为15V旁边,即为IGBT的驱动电压。
图7显示的是当电流旗子暗记使电压为5.1V,即大于参考电压5V时,UDIR=5V,硬件电路保护,F旗子暗记为低电平,封锁PWM,使得PWM输出的电压为0V,即IGBT无驱动电压。
实验表明:当实际电压为小于-5V时,IGBT驱动电压也为0V。
因此,利用LM358和LS373地址所存器能有效地保护IGBT。

结束语

(1)通过LS373封锁PWM脉冲实现硬件保护,能够对IGBT履行可靠保护,延长IGBT的利用寿命。

(2)在硬件保护的同时,通过三极管和光耦将F旗子暗记拉低,实现DSP软件保护,提高了IGBT保护可靠性。