基于集成驅(qū)動電路的igbt驅(qū)動電路設(shè)計(編輯修改稿)
2025-08-14 09:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的 6腳通過快速恢復(fù)二極管接至 IGBT 的 C極，檢測 IGBT 的集射之間的通態(tài)電壓降的高低來判斷 IGBT 的過流情況加以保護 。5V 電壓基準部分由 R10,VZ2,C5組成，為 IGBT驅(qū)動提供一 5V 反偏壓。 日本 FUJI 公司的 EXB 841 芯片具有單電源、正負偏壓、過流檢測、保護、軟關(guān)斷等主要特性，是一種比較典型的驅(qū)動電路。其功能比較完善，在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。 EXB 841 的控制原理 EXB 841 工作原理如圖 所示（圖中 V1G即為 IGBT 管，下圖同； V1S為光耦I(lǐng)S01）。 本科生課程設(shè)計（論文） 6 圖 EXB 841 的工作原理圖 (1). 正常開通過程 當 EXB 841 輸入端腳 14 和腳 15 有 10mA 的電流流過時，光耦 IS01 導(dǎo)通， A點電位迅速下降至 0V， V1和 V2截止； V2截止使 D 點電位上升至 20V， V4導(dǎo)通， V5截止， EXB 841 通過 V4及柵極電阻 Rg向 IGBT 提供電流使之迅速導(dǎo)通。 (2). 正常關(guān)斷過程 控制電路使 EXB 841 輸入端腳 14 和腳 15 無電流流過，光耦 IS01 不通， A點電位上升使 V1和 V2導(dǎo)通； V2導(dǎo)通使 V4截止、 V5導(dǎo)通， IGBT 柵極電荷通過 V5迅速放電，使 EXB 841 的腳 3電位迅速下降至 0V（相對 EXB 841 腳 1低 5V），使 IGBT可靠關(guān)斷。 (3). 保護動作 IGBT 已正常導(dǎo)通，則 V1和 V2截止， V4導(dǎo)通， V5截止， B點和 C點電位穩(wěn)定在8V 左右， VZ1不被擊穿， V3截止， E 點電位保持為 20V，二極管 VD6截止。若此時發(fā)生短路， IGBT 承受大電流而退飽和， uce上升很多，二極管 VD7截止，則 EXB 841的腳 6“懸空”， B點和 C 點電位開始由 8V上升；當上升至 13V 時， Vz1被擊穿， 本科生課程設(shè)計（論文） 7 V3導(dǎo)通， C4通過 R7和 V3放電， E點電位逐步下降，二極管 VD6導(dǎo)通時 D 點電位也逐步下降，使 EXB 841 的腳 3電位也逐步下降，緩慢關(guān)斷 IGBT。 B 點和 C 點電位由 8V 上升到 13V 的時間可用下式求得： （ 31） 式 31中 t= s；τ 1為 R3和 C2的充電時間常數(shù) , τ 1=R3C2。 （ 32） C3與 R7組成的放電時間常數(shù)為 τ 2=C3R7=（μ s） （ 33） E 點由 20V 下降到 的時間由下式求得： ， t= s （ 34） 此時慢關(guān)斷過程結(jié)束， IGBT 柵極上所受偏壓為 0V，這種狀態(tài)一直持續(xù)到控制信號使光耦 ISO1 截止， IGBT 柵極所受偏壓由慢關(guān)斷時的 0V 迅速下降到 5V，IGBT 完全關(guān)斷。 V1導(dǎo)通 C2迅速放電， V3截止， 20V 電源通過 R9對 C4充電， RC 充電時間常數(shù)為τ 3=C4R9=(μ s)，則 E 點由 充至 19V 的時間可用下式求得： ，t=135μ s （ 35） 則 E 點恢復(fù)到正常狀態(tài)需 135μ s，至此 EXB 841 恢復(fù)到正常狀態(tài)，可以進行正常的驅(qū)動。 EXB 841 存在的不足與改進 (1).EXB 841 存在的不足 ① .過流保護閥值太高。 由 EXB841 實現(xiàn)過流保護的過程可知， EXB841 判定過流的主要依據(jù)是 6腳電壓。 6腳電壓 U6不僅和 Uce有關(guān)，還和二極管 V7的導(dǎo)通電壓 Ud及 Ue有關(guān)， V7在 ～ V 時即可開通，故過流保護閾值 Uceo=UUdUe== （ 36） 通常 IGBT 在通過額定電流時導(dǎo)通壓降 Uce為 ，當 Uce=Uceo = V 時。IGBT 已嚴重過流，對應(yīng)電流約為額定電流的 2～ 3倍，因此，應(yīng)降低 Uceo。 ② .存在保護盲區(qū)。一般大功率 IGBT 的導(dǎo)通時間 ton 在 1us 左右。實際上，IGBT 導(dǎo)通時尾部電壓下降是較慢的，實驗表明，當工作電壓較高時， Uce下降 至 本科生課程設(shè)計（論文） 8 飽合導(dǎo)通壓降約需 4～ 5 s，而過流檢測的延遲時間約為 s。因此，在 IGBT開通過程中，若過流保護動作閾值太高，會出現(xiàn)虛假過流。為了識別真假過流， 5腳的過流故障輸出信號應(yīng)延時 5us，以便外部保護電路對真正的過流進行保護，在 EXB841 完成內(nèi)部軟關(guān)斷后再封鎖外加 PWM 信號。 ③ .軟關(guān)斷保護不可靠。過流保護后，在 10μ s 內(nèi)驅(qū)動信號緩降至零。因為存在盲區(qū)時間。同時還有較長的軟關(guān)斷時間，這就導(dǎo)致不可靠，使保護效果變差。 ④ .負偏壓不足。 EXB841 為了防止較高 dv/dt 引起 IGBT 誤動作設(shè)置了負柵壓，實際負柵壓值一般不到 5V。在大功率臭氧電源等具有較大電磁干擾的全橋逆變應(yīng)用中，電磁干擾使 負柵壓信號中存在隨工作電流增大而增大的干擾尖鋒脈沖，其值可超過 6V，甚至達到 89 V，能導(dǎo)致截止的 IGBT 誤導(dǎo)通，造成橋臂直通。 ⑤ .過電流保護無自鎖功能。在出現(xiàn)過流時， EXB841 將正常的驅(qū)動信號變成一系列降幅脈沖實現(xiàn) IGBT 的軟關(guān)斷，并在 5腳輸出故障指示信號，但不能封鎖輸入的 PWM 控制信號。因 5 腳輸出信號無鎖存功能，須在發(fā)生真正的過流時，用觸發(fā)器鎖定故障輸出信號，用外部電路實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護和停機。 (2). 改進措施 針對以上不足，可以考慮采取一些有效的措施，從而解決以上問題。以下結(jié)合設(shè)計的具體電路 進行說明。 本科生課程設(shè)計（論文） 9 第 4章 基于 EXB 841 驅(qū)動電路設(shè)計、優(yōu)化 本文基于 EXB 841 設(shè)計 IGBT 的驅(qū)動電路如圖 所示，圖中上半部分是利用EXB 841 構(gòu)成的 IGBT 的驅(qū)動電路，下半部分是由 NE 555 定時器構(gòu)成的以實現(xiàn)對IGBT 過流時封鎖故障信號的電路。 IGBT 驅(qū)動電路及故障信號封鎖電路設(shè)計 驅(qū)動電路中 Vz5起保護作用。避免 EXB 841 的 6腳承受過電壓，通過 VD1檢測是否過電流，接 VZ3的目的是為了改變 EXB 模塊過流保護起控點，以降低過高的保護闕值從而解決過流保護閥值太高的問題。 R1和 C1及 VZ4接在 +20V 電源上保證穩(wěn)定的電壓。 VZ1和 VZ2避免柵極和射極出現(xiàn)過電壓， Rge是
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