【正文】 壓降和開通損耗均下降，但負(fù)載短路時(shí)的IC增大，IGBT能承受短路電流的時(shí)間減少，對(duì)其安全不利，因此在有短路過程的設(shè)備中UGE應(yīng)選得小些，一般選12～15V。⑤在關(guān)斷過程中，為盡快抽取PNP管中的存儲(chǔ)電荷，需施加一負(fù)偏壓UGE，但它受IGBT的G、E間最大反向耐壓限制，一般取2～10V。⑥驅(qū)動(dòng)電路與控制電路應(yīng)嚴(yán)格隔離。⑦IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單實(shí)用，最好自身帶有對(duì)IGBT的保護(hù)功能，并有較強(qiáng)的抗干擾能力。 IGBT過壓的原因及抑制 IGBT關(guān)斷時(shí)，由于主回路電流的急劇變化，主回路的雜散電感引起高壓，產(chǎn)生開關(guān)浪涌電壓，由于此開關(guān)浪涌電壓，關(guān)斷時(shí)的電壓軌跡超過了RBSOA（反向偏置電壓安全動(dòng)作區(qū)域）就會(huì)損壞元件。為了對(duì)這種過電壓進(jìn)行抑制，采用適當(dāng)?shù)牟季€使主電路中的所有寄生電感減至最小時(shí)有利的，然后采用抑制網(wǎng)絡(luò)，并以最短的距離將其連接起來，在本系統(tǒng)中，：（1）工作原理 在IGBT導(dǎo)通時(shí)，通過R1使Cs1充電到直流電源U d。當(dāng)T1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，由于主回路的雜散電感，電流Io將通過CsD1流向變壓器原邊，管子兩端的電壓為電容電壓與二極管電壓之和，由于電容器Cs1上的電壓不能突變，所以T1管子兩端電壓將得到抑制。（2）緩沖器回路的設(shè)計(jì)緩沖器電容的計(jì)算：當(dāng)T1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，為維持負(fù)載電流的連續(xù)，電流Io將流過電容CsD變壓器原邊、T4，雜散電感L中儲(chǔ)存的能量絕大部分將轉(zhuǎn)移到Cs1儲(chǔ)存，即： 緩沖器回路圖這里： 主回路的雜散電感 IGBT關(guān)斷時(shí)的集電極電流 IGBT關(guān)斷時(shí)的集電極—發(fā)射極電壓直流電源電壓按經(jīng)驗(yàn)選取緩沖器阻抗R的計(jì)算:對(duì)緩沖器阻抗的要求使IGBT在關(guān)斷信號(hào)到來之前，將緩沖器電容上的電壓放至直流電壓。若阻抗很小，會(huì)使電流波動(dòng)，IGBT開通時(shí)的集電極電流初始值將增大，在滿足的前提下，希望選取盡可能大的阻值，選取R=10Ω。在緩沖電路中，電容要選為無感電容。電阻要選為無感電阻。 緩沖器二極管的選擇：要選擇快恢復(fù)二極管，若二極管選擇不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓，同時(shí)在二極管反向恢復(fù)時(shí)期電壓波動(dòng)。這里選擇二極管型號(hào)為MUR8100。由圖52可知緩沖器二極管D1和緩沖器電容Cs1的公共點(diǎn)是二極管的陽(yáng)極，可以看出，在T1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，D1導(dǎo)通，Cs1充電，所充電壓為，其中L為主回路的雜散電感。在T3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)， D1不通并承受反壓，Cs1通過R1充電，所充電壓為，其中L1為變壓器的漏感。 IGBT的過流保護(hù)在選擇IGBT的型號(hào)時(shí)，考慮了器件的工作電流及允許的過電流，然而在故障條件下，器件承受較大的故障浪涌電流，這是不允許的，所以要用某些方法保護(hù)器件免受破壞。對(duì)于負(fù)載變化引起的過載，通過閉環(huán)控制，是可以調(diào)節(jié)的。但是當(dāng)出現(xiàn)更為嚴(yán)重的過載，例如逆變電路橋臂短接等問題時(shí)，故障電流在IGBT管中急劇上升，這時(shí)就要給IGBT提供一個(gè)快速保護(hù)電路。 在主電路所示IGBT的逆變電路中，T1 和T3, T2和T4分別組成一個(gè)橋臂，如果由于故障或誤操作使得同一橋臂上的IGBT同時(shí)導(dǎo)通，即會(huì)產(chǎn)生橋臂短路現(xiàn)象，比如，T1和T3同時(shí)導(dǎo)通即會(huì)由短路電流流過兩個(gè)IGBT，其電流通路如圖所示。由于T1和T3支路的電感很小，短路電流的上升率和浪涌沖擊電流均很大，又可能導(dǎo)致IGBT燒毀。 （1）在器件實(shí)效之前完成IGBT的關(guān)斷，對(duì)于IGBT所經(jīng)歷的所有工作狀況，它應(yīng)該是成立的。 （2）應(yīng)有一定的抗干擾能力。 （3）由于快開關(guān)的和雜散電感相互作用，開關(guān)電路產(chǎn)生噪聲，以及電路中其它的電磁干擾，故障檢測(cè)應(yīng)有一定的抗干擾能力。 （4）應(yīng)足以適用于電路中的各種短路情況。（5）不應(yīng)影響IGBT的開關(guān)特性。 集成光電隔離驅(qū)動(dòng)模塊HCPL316J設(shè)計(jì)IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路是對(duì)它應(yīng)用的關(guān)鍵。如何保證系統(tǒng)穩(wěn)定且可靠工作,又使系統(tǒng)的開發(fā)周期短,性價(jià)比高,是一個(gè)需要綜合考慮的問題。目前實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中有各種典型的驅(qū)動(dòng)電路,但都存在一定的不足。鑒于對(duì)電源和驅(qū)動(dòng)的要求,結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了AGILENT公司的光電耦合驅(qū)動(dòng)器件HCPL316J 設(shè)計(jì)電路及與控制器的接口。其內(nèi)部集成集電極發(fā)射極電壓（UGE）欠飽和檢測(cè)電路及故障狀態(tài)反饋電路。下面給出具體設(shè)計(jì)過程及其應(yīng)用。 HCPL316J芯片管腳該芯片為SO16 封裝的表貼器件,其輸入輸出部分分別排列在芯片的兩邊?！　　　　　　　　　　　　　　　嫒軨MOS/TTL電平； —光隔離，故障狀態(tài)反饋； 　　　　　　　—開關(guān)速度最大500ns； —“軟”IGBT關(guān)斷； —欠飽和檢測(cè)及帶滯環(huán)欠壓鎖　　　定保護(hù)； —寬工作電壓范圍（15～30V）； —用戶可配置自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)關(guān)閉。 ＨＣＰＬ—３１６Ｊ各管腳功能表腳號(hào)符號(hào)功能說明腳號(hào)符號(hào)功能說明1正向輸入信號(hào)端8芯片內(nèi)部LED1反向電壓2反向輸入信號(hào)端16正向?qū)ǖ妮敵鲭妷?輸入部分電源端15芯片內(nèi)部LED2正向電壓4GND1輸入部分接地端14DESAT飽和過電壓輸出端5故障信號(hào)輸入端12正向?qū)ǖ妮敵鲭妷阂话慵釉陂_關(guān)器件發(fā)射極上6故障復(fù)位輸入端9,10反向截止電壓7芯片內(nèi)部LED1 正向電壓13正向?qū)ǖ妮敵鲭妷阂话慵釉诎l(fā)射極上。11正向及反向輸入信號(hào)端,經(jīng)過內(nèi)部光耦隔離放大后輸出端 內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)分析　　　該芯片片內(nèi)分為驅(qū)動(dòng)隔離和保護(hù)隔離兩部分主要功能模塊。輸入信號(hào)通過上部光電隔離器LED1 傳送到輸出,故障信號(hào)通過下部光電隔離器LED2 反饋到驅(qū)動(dòng)離模塊?；竟ぷ髟砣缦?（1）正常工作時(shí)閾值電壓UVLO點(diǎn)為低電平,DESAT 腳和7 V比較輸出為低電平, E 點(diǎn)信號(hào)隨LED1 變化,FAULT點(diǎn)電位始終為低電平,三級(jí)復(fù)合達(dá)林頓管工作,輸出電壓VOUT=VC。電路中通過一個(gè)內(nèi)部互鎖邏輯1和2保證在同一時(shí)間輸出端C點(diǎn)只有一種狀態(tài)。（2）實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能時(shí)① 欠壓保護(hù)當(dāng)Vcc2低于UVLO=12V時(shí),電路中UVLO保護(hù)和DESAT保護(hù)同時(shí)激活,A點(diǎn)為低電位,使輸出一直保持在低電位,封鎖IGBT,以免在過低的柵源電壓下IGBT導(dǎo)通時(shí)燒毀管子。當(dāng)Vcc2超過UVLO =12V時(shí),退出保護(hù)。②退飽和故障檢測(cè)保護(hù)當(dāng)IGBT在導(dǎo)通時(shí)發(fā)生過流, VCE急劇升高超過設(shè)定的VCE保護(hù)電壓,DASAT引腳電壓大于7V ,退飽和保護(hù)電路開始工作, FAULT電位鎖定在高電平,A,B點(diǎn)為低電位,三級(jí)復(fù)合達(dá)林頓管和50xDMOS 管被禁止,1*DMOS管激活緩慢降低柵極電壓,當(dāng)柵極電壓低于2V時(shí),50*DMOS 管開通使柵極電壓牢牢夾斷在VEE。直到信號(hào)LED1關(guān)斷時(shí),FAULT才變?yōu)榈碗娖健＿@一過程稱為軟關(guān)斷,它能有效降低硬關(guān)斷所引起的對(duì)功率管的損害。將DASAT過電壓到故障信號(hào)輸出為低電平的這一段時(shí)間稱之為退飽和故障檢測(cè)消隱時(shí)間。該時(shí)間由引腳DESAT充電電流、DESAT閾值電壓與外接DESAT電容的大小決定。其值可由下式計(jì)算:值代表了DESAT故障條件下的最大響應(yīng)時(shí)間。如果IGBT開通的瞬間集電極和發(fā)射極短路,軟關(guān)斷電路將在大約后啟動(dòng)。若是在開通期間發(fā)生短路,則因DESAT二極管的寄生電容,使該消隱時(shí)間更加快一些。該時(shí)間為設(shè)定的保護(hù)盲區(qū),能有效防止IGBT 在工作中瞬時(shí)短時(shí)間過流而使保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)電壓通過DESAT腳的快恢復(fù)二極管來改變。,所以。通過增加二極管的個(gè)數(shù)可改變的值。值太大管子發(fā)熱嚴(yán)重,保護(hù)起不到作用, 過小會(huì)引起保護(hù)頻繁動(dòng)作,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定工作。因此,要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇的值。 HCPL316J 是一種簡(jiǎn)單的智能型驅(qū)動(dòng)器芯片。用戶可根據(jù)需要靈活設(shè)置高電平輸入、高電平輸出和低電平輸入、高電平輸出的輸入方式,自動(dòng)復(fù)位或通過控制復(fù)位,故障自動(dòng)關(guān)斷,光耦隔離,CMOS/TTL 電平兼容,集成的退飽和電壓檢測(cè)，有回滯的低電壓閉鎖(UVLO) ,軟關(guān)斷IGBT 技術(shù)及隔離的故障反饋信號(hào)。IGBT柵極最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2. 5 A ,最大驅(qū)動(dòng)電流= 150 A , =1 200 V ,最大開關(guān)速度為500 ns ,較寬的工作電壓范圍為15～30 V?！【哂姓蛲孙柡捅Ｗo(hù)的HCPL316J驅(qū)動(dòng)電路V in+和V in是正向及反向輸入信號(hào)端,經(jīng)過內(nèi)部光耦隔離,放大后在端輸出與波形相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。IGBT正向?qū)〞r(shí)的柵源電壓為；反向截止時(shí)的為。(C3,C4,C5)提供開關(guān)變換瞬態(tài)時(shí)的工作電流；100pF的電容()反映了當(dāng)IGBT發(fā)生過流故障時(shí),HCPL316J從檢測(cè)到故障到開始工作的反應(yīng)時(shí)間。為了提高故障信號(hào)的抗干擾能力,在引腳接一個(gè)上拉電阻和。為了防止門極開路或損壞時(shí)主回路加上電壓而損壞IGBT,在柵射極之間加上一個(gè)下拉電阻R4,以吸收大約650μA的靜態(tài)電流。R2的作用是限制芯片在腳上的外抽電流，它與，構(gòu)成IGBT集電極短路保護(hù)電路。驅(qū)動(dòng)電路的電源采用7個(gè)獨(dú)立的電源供電，由開關(guān)變壓器多路輸出經(jīng)整流濾波和三端穩(wěn)壓器得到。正向電壓為18V，反向關(guān)斷電壓為－5V，芯片驅(qū)動(dòng)電壓為5V。該電壓值能保證IGBT可靠工作。為了防止同一橋臂的上、下管同時(shí)導(dǎo)通而引起IGBT 直通燒毀，在硬件電路上采用了一端為控制信號(hào)另一端接地的方式。每一片的HCPL316J都由管腳1作為控制信號(hào)，管腳2全部接地，同時(shí)通過控制電路實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間設(shè)置來保證上、下管不能直通。用戶能夠靈活設(shè)計(jì)HCPL316J驅(qū)動(dòng)電路和控制電路之間的接口。由于HCPL316J 能兼容TTL/CMOS電平，因此可直接將控制器過來的PWM信號(hào)接在驅(qū)動(dòng)芯片上。復(fù)位信號(hào)可采用局部復(fù)位、全局復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位方式。該電路采用了全局復(fù)位方式，四組復(fù)位信號(hào)以或的方式聯(lián)接在一起，然后以一個(gè)信號(hào)聯(lián)接到控制器的復(fù)位控制信號(hào)上。故障檢測(cè)信號(hào)與復(fù)位信號(hào)一樣，以總線方式聯(lián)接在一起送進(jìn)控制器中?？刂破鞑捎梅至⒃骷?gòu)成的能夠產(chǎn)生PWM控制信號(hào)的控制電路（詳見3控制電路部分）,在HCPL316J內(nèi)經(jīng)過光電隔離，復(fù)現(xiàn)原有的控制信號(hào)去控制IGBT。用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路檢測(cè)FAULT信號(hào)，如果有故障，則封鎖PWM輸出。使系統(tǒng)重新工作必須先發(fā)出一個(gè)RESET信號(hào)，然后送出PWM信號(hào)才能正常運(yùn)行。在接口電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意: ①要求驅(qū)動(dòng)芯片的供電電壓比較穩(wěn)定，否則會(huì)損壞芯片； ②該芯片的控制功率電源較多，而且還有部分高壓信號(hào)與其相連，因此在布線制板時(shí)一定要考慮電源之間的間距和芯片輸出到IGBT之間的距離；③為了提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力，可以在控制器和驅(qū)動(dòng)電路之間加光耦。6 輔助直流穩(wěn)壓電源方案1：采用單一電源供電。這種方法明顯不行。因?yàn)殡娐分杏心M電路、數(shù)字電路等弱電部分電路，還有感應(yīng)加熱負(fù)載的強(qiáng)電流電路。如果采用單一電源，各個(gè)部分很可能造成干擾，系統(tǒng)無法正確工作，還可能因?yàn)樨?fù)載過大，電源無法提供足夠的工作電流。特別是壓機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且逆變電路負(fù)載電流波動(dòng)較大會(huì)造成電壓不穩(wěn)，有毛刺等干擾，嚴(yán)重時(shí)可能造成弱電部分電路掉電。方案2：采用雙電源，即電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等強(qiáng)電部分用一個(gè)電源，模擬電路、數(shù)字電路等弱電部分用一個(gè)電源。這種方法明顯比前一種方案可靠性要高，但是電路間還是可能會(huì)產(chǎn)生干擾，造成系統(tǒng)不正常，而且還可能會(huì)對(duì)IGBT的工作產(chǎn)生干擾，影響IGBT的正常工作。方案3：采用多電源供電方式，即對(duì)數(shù)字電路、模擬電路、驅(qū)動(dòng)電路分別供電，這種方案即降低了系統(tǒng)各個(gè)模塊間的干擾，還保證了電源能為各部分提供足夠的工作電流，提高系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)上述分析，決定采用方案3。 三端固定穩(wěn)壓器三端固定穩(wěn)壓器CW78與LM317不一樣，為固定式三端穩(wěn)壓器，它只能輸出一個(gè)穩(wěn)定電壓。 CW7CW79系列穩(wěn)壓器CW78系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓，如7805輸出為＋5V；CW79系列穩(wěn)壓器輸出固定的負(fù)電壓，如7905輸出為－5V。 CW78╳╳典型應(yīng)用電路輸入端接電容可以進(jìn)一步濾除紋波，輸出端接電容Co能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。、最好采用漏電流小的鉭電容， ，如采用電解電容，則電容量要比圖中數(shù)值增加10倍。. 本次設(shè)計(jì)用的的電源 18伏, 15伏穩(wěn)壓電壓電源。從圖可見，穩(wěn)壓電源由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。，整流變壓器副邊繞組電壓降為20伏，則穩(wěn)壓電源變?yōu)檩敵?8伏的單路直流穩(wěn)壓電源。 +15伏穩(wěn)壓電壓電源 177。12伏，177。5伏雙路穩(wěn)壓電源 177。12伏輸出的直流穩(wěn)壓電源，從圖可見，穩(wěn)壓電源與177。12V輸出的直流穩(wěn)壓電源一樣，也是由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。，7912換成7905(注意7912管腳的輸入、輸出和接地都與7812不同的.)則穩(wěn)壓電源變?yōu)檩敵?77。5伏的單路直流穩(wěn)壓電源，供給HCPL316J芯片工作。 177。12伏雙路穩(wěn)壓電源（1）使用中應(yīng)注意：①整流橋輸出地端應(yīng)接在大電解電容上，以利于降噪。電解電容應(yīng)大于1000 ，以為7812三端穩(wěn)壓模塊提供較穩(wěn)定的直流輸入。二極管選用IN4004,以便在出現(xiàn)反向電壓時(shí)可以迅速導(dǎo)通，保護(hù)三端穩(wěn)壓模塊7812。②為消除三端穩(wěn)壓模塊內(nèi)部產(chǎn)生的高次諧波，抑制穩(wěn)壓電路的自激震蕩，實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，應(yīng)在模塊兩端分別并聯(lián)一小電容。 元器件選擇及參數(shù)計(jì)算（1）三端穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的輸出電壓 Vo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器的最大允許電流，穩(wěn)壓器的輸入電壓Vi的范圍為Voma