三相逆變器中IGBT的幾種驅動電路的分析

2021-01-08 OFweek維科網

  EXB8..Series的使用特點:

  1)EXB8..Series的驅動晶片是通過檢測IGBT在導通過程中的飽和壓降Uce來實施對IGBT的過電流保護的。對於IGBT的過電流處理完全由驅動晶片自身完成,對於電機驅動用的三相逆變器實現無跳閘控制有較大的幫助。

  2)EXB8..Series的驅動晶片對IGBT過電流保護的處理採用了軟關斷方式,因此主電路的dv/dt比硬關斷時小了許多,這對IGBT的使用較為有利,是值得重視的一個優點。

  3)EXB8..Series驅動晶片內集成了功率放大電路,這在一定程度上提高了驅動電路的抗幹擾能力。

  4)EXB8..Series的驅動晶片最大只能驅動1200V/300A的IGBT,並且它本身並不提倡外加功率放大電路,另外,從圖7中可以看出,該類晶片為單電源供電,IGBT的關斷負電壓信號是由晶片內部產生的-5V信號,容易受到外部的幹擾。因此對於300A以上的IGBT或者IGBT並聯時,就需要考慮別的驅動晶片,比如三菱公司的M57962L等。

  圖8給出了EXB841驅動IGBT時,過電流情況下的實驗波形。可以看出,正如前面介紹過的,由於EXB8..Series晶片內部具備過流保護功能,當IGBT過流時,採用了軟關斷方式關斷IGBT,所以IGBT中電流是一個較緩的斜坡下降,這樣一來,IGBT關斷時的di/dt明顯減少,這在一定程度上減小了對控制電路的過流保護性能的要求。

  

  2.3M579..Series(MITSUBISHI公司生產)

  M579..Series是日本三菱公司為IGBT驅動提供的一種IC系列,表7給出了這種系列的幾種晶片的基本應用特性(其中有*者為晶片內部含有Booster電路)。

  在M579..Series中,以M57962L為例做出一般的解釋。隨著逆變器功率的增大和結構的複雜,驅動信號的抗幹擾能力顯得尤為重要,比較有效的辦法就是提高驅動信號關斷IGBT時的負電壓,M57962L的負電源是外加的(這點和EXB8..Series不同),所以實現起來比較方便。它的功能框圖和圖6所示的EXB8..Series功能框圖極為類似,在此不再贅述。圖9給出了M57962L在驅動大功率IGBT模塊時的典型電路圖。在這種電路中,NPN和PNP構成的電壓提升電路選用快速電晶體(tf≤200ns),並且要有足夠的電流增益以承載需要的電流。

  

  

  在使用M57962L驅動大功率IGBT模塊時,應注意以下三個方面的問題:

  1)驅動晶片的最大輸出電流峰值受柵極電阻Rg的最小值限制,例如,對於M57962L來說,Rg的允許值在5Ω左右,這個值對於大功率的IGBT來說高了一些,且當Rg較高時,會引起IGBT的開關上升時間td(on)、下降時間td(off)以及開關損耗的增大,在較高開關頻率(5kHz以上)應用時,這些附加損耗是不可接受的。

  2)即便是這些附加損耗和較慢的開關時間可以被接受,驅動電路的功耗也必須考慮,當開關頻率高到一定程度時(高於14kHz),會引起驅動晶片過熱。

  3)驅動電路緩慢的關斷會使大功率IGBT模塊的開關效率降低,這是因為大功率IGBT模塊的柵極寄生電容相對比較大,而驅動電路的輸出阻抗不夠低。還有,驅動電路緩慢的關斷還會使大功率IGBT模塊需要較大的吸收電容。

  以上這三種限制可能會產生嚴重的後果,但通過附加的Booster電路都可以加以克服,如圖9所示。

  

  從圖10(a)可以看出,在IGBT過流信號輸出以後,門極電壓會以一個緩慢的斜率下降。圖10(b)及圖10(c)給出了IGBT短路時的軟關斷過程(集電極-發射極之間的電壓uCE和集電極電流iC的軟關斷波形)。

  3結語

  隨著電力電子技術的快速發展,三相逆變器的應用變得非常廣泛。近年來,隨著IGBT製造技術的提高,相繼出現了電壓等級越來越高、額定功率越來越大的單管、兩單元IGBT模塊及六單元IGBT模塊,同時性能價格比的提高使得IGBT在三相逆變器的設計中佔有很大的比重,成為許多設計人員首選的功率器件。隨之而來的是IGBT的驅動晶片也得到了很大的發展,設計人員、生產廠家都給予了高度重視,小型化、多功能集成化成為人們不斷追求的目標。相信隨著製造技術的發展,將會研製出更多更好的IGBT驅動晶片,並得到廣泛的應用。

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