大功率IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展(上)
    發(fā)布者:yflwzj  發(fā)布時(shí)間:2012-05-24 08:35:17  訪問(wèn)次數(shù):235

    大功率IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展(上)

    1 引言
      電力電子技術(shù)在當(dāng)今急需節(jié)能降耗的工業(yè)領(lǐng)域里起到了不可替代的作用;而igbt在諸如變頻器、大功率開(kāi)關(guān)電源等電力電子技術(shù)的能量變換與管理應(yīng)用中,越來(lái)越成為各種主回路的首選功率開(kāi)關(guān)器件,因此如何安全可靠地驅(qū)動(dòng)igbt工作,也成為越來(lái)越多的設(shè)計(jì)工程師面臨需要解決的課題。
      在使用igbt構(gòu)成的各種主回路之中,大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路起到弱電控制強(qiáng)電的終端界面(接口)作用。因其重要性,所以可以將該電路看成是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的“子系統(tǒng)”來(lái)研究、開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)。
      大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路一直伴隨igbt技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展,現(xiàn)在市場(chǎng)上流行著很多種類非常成熟的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路專用產(chǎn)品,成為大多數(shù)設(shè)計(jì)工程師的首選;也有許多的工程師根據(jù)其電路的特殊要求,自行研制出各種專用的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。本文對(duì)這些大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路進(jìn)行分類,并對(duì)該電路需要達(dá)到的一些功能進(jìn)行闡述,最后展望此電路的發(fā)展。此外本文所述大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路是指應(yīng)用于直流母線電壓在650v~1000v范圍、輸出電流的交流有效值在100a~600a范圍的場(chǎng)合。

    2 大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的分類
      按照大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路能夠完成的功能來(lái)分類,可以將大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路分為以下三種類型:單一功能型、多功能型、全功能型。
    2.1 單一功能型
      單一功能型的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路一般是由光耦和功率緩沖器構(gòu)成,如hcpl-3150 等,如圖1所示。它將普通控制信號(hào)的ttl/cmos輸入電平信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檎?fù)十幾伏的igbt門極驅(qū)動(dòng)輸出電平,正負(fù)電平的幅值取決于隔離電源。

    圖1 hcpl-3150原理框圖及引腳示意圖


      工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可將它配上隔離電源電路、死區(qū)控制電路、邏輯處理電路、門極驅(qū)動(dòng)電阻等,就可直接驅(qū)動(dòng)igbt,形成最簡(jiǎn)單的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路;也可以自己配上一些外圍電路形成多功能型驅(qū)動(dòng)器。
      單一功能型的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的最大優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用靈活、成本較低。它既可以應(yīng)用于諸如斬波、boost等需要單只igbt運(yùn)行的主回路,也可以應(yīng)用于由多只igbt組成的半橋、單相全橋、三相全橋等主回路。由于需要另配隔離電源電路、邏輯處理電路等,所以留給設(shè)計(jì)工程師的開(kāi)發(fā)任務(wù)量大,這也是單一功能型的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的最大缺點(diǎn)。這里的邏輯處理電路一般是指上電順序邏輯及各類保護(hù)處理等功能。
      此外像hcpl-3150 等驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力有限,一般都在3a以下,如果驅(qū)動(dòng)600a以上的igbt就需要外接更大的功率緩沖電路或采取其它措施。
    2.2 多功能型
      多功能型的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路除了提供直接驅(qū)動(dòng)igbt的功能之外,還可以提供完善的保護(hù)功能,如hcpl-316j、 m57962等,如圖2和圖3所示,它們一般采用混合厚膜封裝技術(shù)或者采用集成封裝技術(shù),可以直接兼容cmos/ttl電平。工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一般只需要配上隔離電源電路、死區(qū)控制電路、邏輯處理電路、門極驅(qū)動(dòng)電阻等,就可以成為一個(gè)較為完整的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。
      m57962、hcpl-316j等驅(qū)動(dòng)器本身具有較完整的保護(hù)功能,集成度高。其最大的優(yōu)點(diǎn)是使開(kāi)發(fā)人員的工作得到簡(jiǎn)化,而且可靠性高,非常適于多路驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合。但是由于它們的驅(qū)動(dòng)能力也有限,如果驅(qū)動(dòng)更高功率的igbt,也需要外接更大的功率緩沖電路。
    m57962、hcpl-316j等驅(qū)動(dòng)器一般提供軟關(guān)斷功能,在需要保護(hù)igbt退出過(guò)流、短路狀態(tài)時(shí),這個(gè)功能非常重要,它可以使igbt的npnp四層結(jié)構(gòu)免于進(jìn)入“可控硅栓鎖”狀態(tài)。此外像hcpl-316j等驅(qū)動(dòng)器還具備欠壓鎖定保護(hù)功能,這大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)者的工作。
    2.3 全功能型
      全功能型的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路除了具有各類完善的保護(hù)功能之外,還都無(wú)一例外地配置了dc/dc隔離電源,如2sd315ai(concept)、skypertmpro(semikron)、2ed300c17-s(eupec)等,如圖4、圖5和圖6所示。都是目前國(guó)際上著名的全功能型驅(qū)動(dòng)器。

    圖2 hcpl-316j原理框圖及引腳示意圖

    圖3 m57962原理框圖及引腳示意圖

    圖4 2sd315ai原理框圖


    圖5 skyperpro原理框圖


     

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