鄭州變頻器維修三相逆變器中IGBT的幾種驅(qū)動電路的分析
發(fā)布時間：2019-08-05 10:07:37來源：
鄭州變頻器維修三相逆變器中IGBT的幾種驅(qū)動電路的分析
摘要：對幾種三相逆變器中常用的IGBT驅(qū)動專用集成電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對TLP250、EXB8系列和M579系列進(jìn)行了深入的討論，給出了它們的電氣特性參數(shù)和內(nèi)部功能方框圖，還給出了它們的典型應(yīng)用電路。討論了它們的使用要點及注意事項。對每種驅(qū)動芯片進(jìn)行了IGBT的驅(qū)動實驗，通過有關(guān)的波形驗證了它們的特點。比較后得出結(jié)論：IGBT驅(qū)動集成電路的發(fā)展趨勢是集過流保護(hù)、驅(qū)動信號放大功能、能夠外接電源且具有很強抗干擾能力等于一體的復(fù)合型電路。關(guān)鍵詞：絕緣柵雙極晶體管；集成電路；過流保護(hù)?
1前言
電力電子變換技術(shù)的發(fā)展，使得各種各樣的電力電子器件得到了迅速的發(fā)展。20世紀(jì)80年代，為了給高電壓應(yīng)用環(huán)境提供一種高輸入阻抗的器件，有人提出了絕緣門極雙極型晶體管（IGBT）[1]。在IGBT中，用一個MOS門極區(qū)來控制寬基區(qū)的高電壓雙極型晶體管的電流傳輸，這就產(chǎn)生了一種具有功率MOSFET的高輸入阻抗與雙極型器件優(yōu)越通態(tài)特性相結(jié)合的非常誘人的器件，它具有控制功率小、開關(guān)速度快和電流處理能力大、飽和壓降低等性能。在中小功率、低噪音和高性能的電源、逆變器、不間斷電源（UPS）和交流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計中，它是目前比較為常見的一種器件。
功率器件的不斷發(fā)展，使得其驅(qū)動電路也在不斷地發(fā)展，相繼出現(xiàn)了許多專用的驅(qū)動集成電路。IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負(fù)向電壓，柵極電壓可由不同的驅(qū)動電路產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動電路時，必須基于以下的參數(shù)來進(jìn)行：器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。圖1為一典型的IGBT驅(qū)動電路原理示意圖。因為IGBT柵極?發(fā)射極阻抗大，故可使用MOSFET驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行觸發(fā)，不過由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多MOSFET驅(qū)動電路提供的偏壓更高。
對IGBT驅(qū)動電路的一般要求
1）柵極驅(qū)動電壓IGBT開通時，正向柵極電壓的值應(yīng)該足夠令I(lǐng)GBT產(chǎn)生完全飽和，并使通態(tài)損耗減至比較小，同時也應(yīng)限制短路電流和它所帶來的功率應(yīng)力。在任何情況下，開通時的柵極驅(qū)動電壓，應(yīng)該在12～20V之間。當(dāng)柵極電壓為零時，IGBT處于斷態(tài)。但是，為了保證IGBT在集電極?發(fā)射極電壓上出現(xiàn)dv/dt噪聲時仍保持關(guān)斷，必須在柵極上施加一個反向關(guān)斷偏壓，采用反向偏壓還減少了關(guān)斷損耗。反向偏壓應(yīng)該在－5～－15V之間。
2）串聯(lián)柵極電阻（Rg）選擇適當(dāng)?shù)臇艠O串聯(lián)電阻對IGBT柵極驅(qū)動相當(dāng)重要。IGBT的開通和關(guān)斷是通過柵極電路的充放電來實現(xiàn)的，因此柵極電阻值將對IGBT的動態(tài)特性產(chǎn)生極大的影響。數(shù)值較小的電阻使柵極電容的充放電較快，從而減小開關(guān)時間和開關(guān)損耗。所以，較小的柵極電阻增強了器件工作的耐固性（可避免dv/dt帶來的誤導(dǎo)通），但與此同時，它只能承受較小的柵極噪聲，并可能導(dǎo)致柵極－發(fā)射極電容和柵極驅(qū)動導(dǎo)線的寄生電感產(chǎn)生振蕩。
3）柵極驅(qū)動功率IGBT要消耗來自柵極電源的功率，其功率受柵極驅(qū)動負(fù)、正偏置電壓的差值ΔUGE、柵極總電荷QG和工作頻率fs的影響。電源的比較大峰值電流IGPK為：
在本文中，我們將對幾種比較新的用于IGBT驅(qū)動的集成電路做一個詳細(xì)的介紹，討論其使用方法和優(yōu)缺點及使用過程中應(yīng)注意的問題。
2幾種用于IGBT驅(qū)動的集成芯片
2.1TLP250（TOSHIBA公司生產(chǎn)）
在一般較低性能的三相電壓源逆變器中，各種與電流相關(guān)的性能控制，通過檢測直流母線上流入逆變橋的直流電流即可，如變頻器中的自動轉(zhuǎn)矩補償、轉(zhuǎn)差率補償?shù)取Ｍ瑫r，這一檢測結(jié)果也可以用來完成對逆變單元中IGBT實現(xiàn)過流保護(hù)等功能。因此在這種逆變器中，對IGBT驅(qū)動電路的要求相對比較簡單，成本也比較低。這種類型的驅(qū)動芯片主要有東芝公司生產(chǎn)的TLP250，夏普公司生產(chǎn)的PC923等等。這里主要針對TLP250做一介紹。
?? TLP250包含一個GaAlAs光發(fā)射二極管和一個集成光探測器，8腳雙列封裝結(jié)構(gòu)。適合于IGBT或電力MOSFET柵極驅(qū)動電路。圖2為TLP250的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖，表1給出了其工作時的真值表。
TLP250的典型特征如下：
1）輸入閾值電流（IF）：5mA（比較大）；
2）電源電流（ICC）：11mA（比較大）；
3）電源電壓（VCC）：10～35V；
4）輸出電流（IO）：±0.5A（比較小）；
5）開關(guān)時間（tPLH/tPHL）：0.5μs（比較大）；
6）隔離電壓：2500Vpms（比較小）。
表2給出了TLP250的開關(guān)特性，表3給出了TLP250的推薦工作條件。
注：使用TLP250時應(yīng)在管腳8和5間連接一個0.1μF的陶瓷電容來穩(wěn)定高增益線性放大器的工作，提供的旁路作用失效會損壞開關(guān)性能，電容和光耦之間的引線長度不應(yīng)超過1cm。
圖3和圖4給出了TLP250的兩種典型的應(yīng)用電路。
在圖4中，TR1和TR2的選取與用于IGBT驅(qū)動的柵極電阻有直接的關(guān)系，例如，電源電壓為24V時，TR1和TR2的Icmax≥24/Rg。
圖5給出了TLP250驅(qū)動IGBT時，1200V/200A的IGBT上電流的實驗波形（50A/10μs）。可以看出，由于TLP250不具備過流保護(hù)功能，當(dāng)IGBT過流時，通過控制信號關(guān)斷IGBT，IGBT中電流的下降很陡，且有一個反向的沖擊。這將會產(chǎn)生很大的di/dt和開關(guān)損耗，而且對控制電路的過流保護(hù)功能要求很高。
TLP250使用特點：
1）TLP250輸出電流較小，對較大功率IGBT實施驅(qū)動時，需要外加功率放大電路。
2）由于流過IGBT的電流是通過其它電路檢測來完成的，而且僅僅檢測流過IGBT的電流，這就有可能對于IGBT的使用效率產(chǎn)生一定的影響，比如IGBT在安全工作區(qū)時，有時出現(xiàn)的提前保護(hù)等。
3）要求控制電路和檢測電路對于電流信號的響應(yīng)要快，一般由過電流發(fā)生到IGBT可靠關(guān)斷應(yīng)在10μs以內(nèi)完成。
河南廣潤自動化設(shè)備有限公司 專業(yè)銷售維修變頻器、鄭州直流調(diào)速器維修、鄭州軟啟動器維修、鄭州PLC（可編程序控制器）、 維修電話：0371- 56700815 15515598858 網(wǎng)址：http://www.79194.cn
4）當(dāng)過電流發(fā)生時，TLP250得到控制器發(fā)出的關(guān)斷信號，對IGBT的柵極施加一負(fù)電壓，使IGBT硬關(guān)斷。這種主電路的dv/dt比正常開關(guān)狀態(tài)下大了許多，造成了施加于IGBT兩端的電壓升高很多，有時就可能造成IGBT的擊穿。
2.2EXB8..Series（FUJIELECTRIC公司生產(chǎn)）
隨著有些電氣設(shè)備對三相逆變器輸出性能要求的提高及逆變器本身的原因，在現(xiàn)有的許多逆變器中，把逆變單元IGBT的驅(qū)動與保護(hù)和主電路電流的檢測分別由不同的電路來完成。這種驅(qū)動方式既提高了逆變器的性能，又提高了IGBT的工作效率，使IGBT更好地在安全工作區(qū)工作。這類芯片有富士公司的EXB8..Series、夏普公司的PC929等。在這里，我們主要針對EXB8..Series做一介紹。
EXB8..Series集成芯片是一種專用于IGBT的集驅(qū)動、保護(hù)等功能于一體的復(fù)合集成電路。廣泛用于逆變器和電機驅(qū)動用變頻器、伺服電機驅(qū)動、UPS、感應(yīng)加熱和電焊設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域。具有以下的特點：
1）不同的系列（標(biāo)準(zhǔn)系列可用于達(dá)到10kHz開關(guān)頻率工作的IGBT，高速系列可用于達(dá)到40kHz開關(guān)頻率工作的IGBT）。
2）內(nèi)置的光耦可隔離高達(dá)2500V/min的電壓。
3）單電源的供電電壓使其應(yīng)用起來更為方便。
4）內(nèi)置的過流保護(hù)功能使得IGBT能夠更加安全地工作。
5）具有過流檢測輸出信號。
6）單列直插式封裝使得其具有高密度的安裝方式。
常用的EXB8..Series主要有：標(biāo)準(zhǔn)系列的EXB850和EXB851，高速系列的EXB840和EXB841。其主要應(yīng)用場合如表4所示。
注：1）標(biāo)準(zhǔn)系列：驅(qū)動電路中的信號延遲≤4μs
2）高速系列：驅(qū)動電路中的信號延遲≤1.5μs
圖6給出了EXB8..Series的功能方框圖。
表5給出了EXB8..Series的電氣特性。
表6給出了EXB8..Series工作時的推薦工作條件。表6EXB8..Series工作時的推薦工作條件
圖7給出了EXB8..Series的典型應(yīng)用電路。
EXB8..Series使用不同的型號，可以達(dá)到驅(qū)動電流高達(dá)400A，電壓高達(dá)1200V的各種型號的IGBT。由于驅(qū)動電路的信號延遲時間分為兩種：標(biāo)準(zhǔn)型（EXB850、EXB851）≤4μs，高速型（EXB840、EXB841）≤1μs，所以標(biāo)準(zhǔn)型的IC適用于頻率高達(dá)10kHz的開關(guān)操作，而高速型的IC適用于頻率高達(dá)40kHz的開關(guān)操作。在應(yīng)用電路的設(shè)計中，應(yīng)注意以下幾個方面的問題：
主站蜘蛛池模板： 露脸超嫩97后在线播放 | 天天干夜干 | 视频在线一区二区 | 中文字幕视频免费 | 国产成人精品男人的天堂538 | 99热久久国产精品这里有99 | 视频一区国产精戏刘婷 | 日韩免费小视频 | 国产国拍亚洲精品午夜不卡17 | 中文字幕久久网 | 日本在线黄色 | 日韩二三区 | 天天看片天天爽 | 毛片免费毛片一级jjj毛片 | 开心久久婷婷综合中文字幕 | 欧美第一精品 | 久久天天躁狠狠躁夜夜不卡 | 性做久久久久久免费观看 | 国产激情一级毛片久久久 | 伊人精品综合 | 婷婷激情亚洲 | 国产欧美日韩综合一区二区三区 | 中国漂亮护士一级毛片 | 狠狠色狠狠色综合系列 | 激情影院费观看 | 久青草香蕉精品视频在线 | 国内精自线一二区 | 99热色| 农村寡妇一级毛片免费播放 | 欧美 日| 一级午夜| 久久久久久亚洲精品不卡 | 天天色天天射天天操 | 四虎在线影院 | 中文在线观看视频 | 久久久久欧美精品三级 | 九九99久久精品午夜剧场免费 | 四虎在线观看免费永久 | 久久精品国产99国产精品 | 色噜噜狠狠一区二区三区 | 亚洲欧美卡通成人制服动漫 |