IGBT驅動電路M57962L的剖析

2021-01-08 電子產品世界

中心論題：

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/196297.htm

IGBT是一種複合全控型電壓驅動式電力電子器件。

驅動電路M57962L簡介。

M57962L的工作原理。

解決方案：

一個2.5V～5.0V的閥值電壓使IGBT對柵極電荷集聚很敏感。

檢測管壓降VCE的大小可識別IGBT是否過流。

封閉性軟關斷功能提高IGBT安全性。

IGBT是一種新型功率器件，即絕緣柵極雙極集體管(Isolated GateBipolar Transistor)，是上世紀末出現的一種複合全控型電壓驅動式電力電子器件。它將GTR和MOSFET的優點集於一身：輸入阻抗高，開關頻率高，工作電流大等，在變頻器、開關電源，弧焊電源等領域得到廣泛地應用。

IGBT具有一個2.5V～5.0V的閥值電壓，有一個容性輸入阻抗，因此IGBT對柵極電荷集聚很敏感。故驅動電路必須可靠，要保證有一條低阻抗值的放電迴路，同時驅動電源的內阻一定要小，即柵極電容充放電速度要快，以保證VGE有較陡的前後沿，使IGBT的開關損耗儘量要小。

在IGBT承受短路電流時，如果能及時關斷它，則可以對IGBT進行有效保護。識別IGBT是否過流的方法之一，就是檢測其管壓降VCE的大小。IGBT在開通時，若VCE 過高則發生短路，需立即關斷IGBT。在過流關斷IGBT時，由於IGBT中電流幅度大，若快速關斷時，必將產生Ldi/dt 過高，在IGBT兩端產生很高的尖峰電壓，極易損壞IGBT，因此就產生了「軟慢關斷」方法。M57962L驅動電路就是依照上述理論進行設計的。

驅動電路M57962L簡介

M57962L是由日本三菱電氣公司為驅動IGBT而設計的厚膜集成電路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驅動模塊內部裝有2500V高隔離電壓的光電耦合器，過流保護電路和過流保護輸出端子，具有封閉性短路保護功能。M57962L是一種高速驅動電路，驅動信號延時tPLH 和tPHL最大為1.50μs。可以驅動600V/400V 級的IGBT模塊。

M57962L工作程序:當電源接通後，首先自檢，檢測IGBT是否過載或短路。若過載或短路， IGBT 的集電極電位升高，經外接二極體流入檢測電路的電流增加，柵極關斷電路動作，切斷IGBT的柵極驅動信號，同時在「8」腳輸出低電平「過載/短路」指示信號。lGBT正常時，輸入信號經光電耦合接口電路，再經驅動級功率放大後驅動IGBT。

M57962L的工作原理

M57962L採用雙電源+ Vcc和VEE ，原理如圖1所示。電路組成： (1) 放大隔離電路; (2) 定時復位電路;(3) 過流檢測電路; (4) 過流輸出電路。

圖1 　M57962L 晶片原理圖

a　正常開通過程

當控制電路使M57962L輸入端13和14腳有10mA的電流時光耦IC1導通， A點電位迅速下降至VEE，使IC2A的2腳輸出為高電平Vcc ，則三極體V2、V4導通，V3、V5截止，使V7導通，Vcc加到R17上，同時由R18/ (R17+ R18)大於R16/(R15+ R16)，導致IC2D 的13腳為低電位，V6 截止，R4/(R3 +R4)大於R16(R15 + R16)使IC2B 的13 腳截至，故IC2的14腳為高電平V1，截止，M57962L的8腳不輸出故障信號。

在M57962L輸入端13和14無電流時，IC1截止，A點電位上升使IC2A的2腳變為低電位，則使V3、V5導通，V2、V4截止。lGBT的門極(GATE)通過V5導通到VEE，而使IGBT關斷。IC2C的14腳輸出為低電平， 使V1、V7導通， 使IC2B、IC2D保持原先狀態不變。

b　短路故障狀態

若IGBT己導通發生過流現象，則E、F兩點電壓升高，經過保護延時而使得V7截止， IC2D的13腳變為截止，使V6導通。在M57962L的8腳輸出故障信號，同時，V6使得A點變為低電平VEE進入封閉型軟關斷過程，此時，M57962L的13和14 腳有無信號，對M57962L的狀態沒有影響。C6通過R14和R21放電使G點電位緩慢下降，從而實現軟關斷。同時，C1則通過R4 放電使得IC2B的7腳的電位緩慢下降，當C1 放電結束時，將打斷軟關斷過程。若IGBT的短路故障消失則電路就可以恢復正常工作;若IGBT的故障末消失，則M57962L輸出周期為1.3ms的脈衝信號(前沿陡，後沿緩) 。

M57962L採用+15V、- 10V雙電源供電，由於採用- 10V關斷電壓，能更可靠關斷，同時具有封閉性軟關斷功能，從而使IGBT更加安全的工作。

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