1、驱动电路的基本要求
一个理想的IGBT驱动电路应具有以下基本性能:
(1)动态驱动能力强,能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动电压脉冲;
(2)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不退出饱和区而损坏;
(3)能向IGBT提供适当的正向栅压,一般取+15V为宜;
(4)能向IGBT提供足够的反向栅压,利于IGBT的快速关断,幅值一般为5V-15V;
(5)由于IGBT多用于高压场合,驱动电路必需有足够的输入输出电隔离能力且不影响驱动信号的正常传输;
(6)具有栅压限幅电路,保护栅极不被击穿;
(7)输入输出信号传输具有尽可能短的延时;
(8)当IGBT负载短路或过流时,能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流,实现软关断;
(9)当出现过流、短路等情况时能迅速发出过流保护信号供给控制电路进行处理。
2、驱动器的选择
目前,市场上常见的驱动器有日本富士EXB系列、日本英达HR系列、日本三菱M579系列及美国Unitrode公司的UC系列,它们功能大致相同,但也有许多不同之处。目前国内流行使用的EXB841不具备定时逻辑栅压控制的功能,过流时若驱动器入口信号消失,则其出口信号随之消失而损坏IGBT,且关断负压-5V不够可靠。
HR065的短路保护稳定,但可靠性差。经过对比分析,我们选用日本三菱公司的M57962AL驱动器。该驱动器具有如下特点:
(1)采用高速光偶隔离,输入输出隔离绝缘强度高 ;
(2)输入输出电平与TTL电平兼容,适于单片机控制;
(3)内部有定时逻辑短路保护电路,同时具有廷时保护特性;
(4)具有可靠通断措施(采用双电源供电);
(5)驱动功率大,可以驱动600A/600V或400A/1200V的IGBT模块。
M57962AL是厚模单列直插式封装,如图1所示,是从左至右依次编号,其中9~12为空端。各引脚功能如下:
-
1端和2端:故障检测输入端;
-
4端:接正电源VCC ;
-
5端:驱动信号输出端 ;
-
6端:接负电源VEE ;
-
8端:故障信号输出 ;
-
13端和14端:驱动信号输入端。
图1 M57962AL芯片的外观尺寸图
From EDN
1、驱动电路的基本要求
一个理想的IGBT驱动电路应具有以下基本性能:
(1)动态驱动能力强,能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动电压脉冲;
(2)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不退出饱和区而损坏;
(3)能向IGBT提供适当的正向栅压,一般取+15V为宜;
(4)能向IGBT提供足够的反向栅压,利于IGBT的快速关断,幅值一般为5V-15V;
(5)由于IGBT多用于高压场合,驱动电路必需有足够的输入输出电隔离能力且不影响驱动信号的正常传输;
(6)具有栅压限幅电路,保护栅极不被击穿;
(7)输入输出信号传输具有尽可能短的延时;
(8)当IGBT负载短路或过流时,能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流,实现软关断;
(9)当出现过流、短路等情况时能迅速发出过流保护信号供给控制电路进行处理。
2、驱动器的选择
目前,市场上常见的驱动器有日本富士EXB系列、日本英达HR系列、日本三菱M579系列及美国Unitrode公司的UC系列,它们功能大致相同,但也有许多不同之处。目前国内流行使用的EXB841不具备定时逻辑栅压控制的功能,过流时若驱动器入口信号消失,则其出口信号随之消失而损坏IGBT,且关断负压-5V不够可靠。
HR065的短路保护稳定,但可靠性差。经过对比分析,我们选用日本三菱公司的M57962AL驱动器。该驱动器具有如下特点:
(1)采用高速光偶隔离,输入输出隔离绝缘强度高 ;
(2)输入输出电平与TTL电平兼容,适于单片机控制;
(3)内部有定时逻辑短路保护电路,同时具有廷时保护特性;
(4)具有可靠通断措施(采用双电源供电);
(5)驱动功率大,可以驱动600A/600V或400A/1200V的IGBT模块。
M57962AL是厚模单列直插式封装,如图1所示,是从左至右依次编号,其中9~12为空端。各引脚功能如下:
-
1端和2端:故障检测输入端;
-
4端:接正电源VCC ;
-
5端:驱动信号输出端 ;
-
6端:接负电源VEE ;
-
8端:故障信号输出 ;
-
13端和14端:驱动信号输入端。
图1 M57962AL芯片的外观尺寸图
From EDN
果哥,顶起啊
(3)栅极电阻Rg的选取
栅极驱动电阻的取值非常重要,适当数值的栅极电阻能有效地抑制振荡、减缓开关开通时间、改善电流上冲波形、减小电压浪涌。从安全可靠性角度来说,应当取较大的栅电阻,但是,较大的栅电阻影响开关速度、增加开关损耗。从提高工作频率角度,应当取较小的栅电阻。一般情况下,可靠性是第一位的,因此使用中倾向于取较大值的电阻。栅极电阻的最佳值应当通过实验确定。本文中经过实验调试,选择Rg=4.7Ω。
(4)电容Ctrip的选取
M57962AL与M57962L的不同之处就在于,M57962AL利用改变引脚2,4之间的电容Ctrip可以对短路保护检测时间进行调整,应用比较灵活。若2脚悬空,短路保护检测时间为2.6μs,保护动作太灵敏常容易引起误动作。为此,通过接在2,4脚之间一个电容Ctrip来调节保护时间,选取1000pF左右的电容,保护时间大约为3μs。若保护仍然过于敏感,可改用3300pF的电容,此时保护时间约为6μs。
此外,对于M57962AL驱动电路,在以下两种情况容易导致驱动电路失去负偏压:一是产生负偏压的稳压二极管D2被击穿短路;二是驱动电路在单电源供电时,因失去电源供电电压的时候。此时若按传统的M57962AL单电源供电的典型接法(如图5),并没有保护信号给出,易造成IGBT的损坏。
图5 M57962AL的典型接法
针对上述情况,对M57962AL的外围电路进行了一些改进(如图4所示)。在正常情况下,D4导通,M57962AL的8脚为高电平,D1截止,VT导通,光耦输出呈低阻态,故障信号为低电平,表现为无故障。过流保护时,D4导通,M57962AL的8脚为低电平,D1导通,VT截止,光耦输出呈高阻态,故障信号为高电平,表现为有故障发生。如果稳压二极管D2击穿短路,则D4截止,VT截止,光耦输出呈高阻态,同样给出故障信号。如果驱动电路失去+24V电压,则光耦无电流流过,仍然表现为故障保护。这样就避免了IGBT因为失去负偏压或者失去供电而导致损坏。另外这里为了加快对故障信号的反应,故障保护输出光耦选用高速光耦6N137。
4 结语
性能优越的驱动电路是高频电源模块运行可靠的保证。采用驱动器M57962AL实现IGBT的驱动电路,可以使IGBT工作可靠,性能稳定。