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强大的数字型IGBT驱动器

作者:时间:2018-08-15来源:网络收藏

1引言

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/201808/386967.htm

随着电力电子器件技术的发展,大器件在轨道交通、直流输电、风力发电等领域的市场迅猛发展,其中以IGBT器件表现尤为突出,在具体的应用工况中,每一个IGBT模块都需要一个专门的驱动器,IGBT驱动器对IGBT的运行性能有着重大影响[1-3]。

传统利用模拟电路实现的IGBT驱动器技术较成熟,运行稳定,但是由于其驱动器各参数设置大都采用硬件实现,参数调整比较复杂,不同型号的IGBT必须设计不同的驱动器,本文利用数字对栅极控制,可以灵活的修改驱动器的软件参数设置,来调整IGBT工作的性能,对于不同的IGBT型号,只需要加载不同的驱动程序,即可以解决传统驱动器产品的型号匹配问题。

如图1示,驱动器主要包括:高等级隔离电源、光纤通信接口、放大电路、检测保护电路、数字等五部分。

2.1高等级隔离电源

高压IGBT驱动器设计中,电源设计是关键部分之一,电源的输出决定了IGBT在实际工作中能够使用的工作频率,如果电源输出功率不足,可能会在IGBT器件高频工作时,出现欠压现象,导致IGBT损耗增加,甚至造成IGBT损坏。

本设计中采用Ti公司的LM5025芯片设计反激式DC-DC电路(电路图见图2),电路中的初级具有电流检测软起动功能,当电流检测电阻上的压降达到0.25V时,对电源起到很好的过流保护作用。

2.2光纤通信接口

在用户主控系统通信的接口设计上,选择抗干扰能力强的光纤通信,防止控制信号被干扰出现误触发。光纤选用HFBR-1522、HFBR-2522,光纤电路如图3。

2.3功率放大电路

选择导通阻抗非常低的mosFET作为开关器件,构成IGBT栅极功率输出电路,如图4,同时,采用多个栅极电阻切换的方式,实现不同条件下对IGBT性能的调整。在IGBT正常开关时,可以通过调整栅极电阻来件的开关速度,达到优化器件效率的目的。在IGBT出现工作异常时(例如短路),可以通过调整栅极电阻来控制器件的工作状态,防止器件损坏达到保护器件的目的。

2.4检测保护电路

为防止IGBT器件工作中出现任何异常故障,驱动器需要对IGBT的状态参数进行检测,如果发现异常,驱动器自动采取保护动作,并通知主控器。

欠压检测:目前各个IGBT厂商推荐IGBT器件工作时的栅极电压为±15V(栅极最大承受电压为±20V),如果IGBT器件在工作中出现低于15V的情况,根据IGBT器件饱和压降VCE与栅极电压的关系(如图5示),随着栅极电压的下降,IGBT饱和压降会增加,造成IGBT器件损耗增加,有可能会损坏器件,所以,必须对驱动器输出栅极的电压进行检测,如果出现欠压开通情况,驱动器要立即进行保护。同时需要注意,IGBT的短路电流与栅极电压成正比,所以当器件开通时栅极出现高于+15V电压,器件如果出现故障会出现比正常工况更大的短路电流,所以驱动器必须确保栅极开通电压处于合理的范围内。


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关键词: 控制器 功率

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