【正文】 降柵壓旨在檢測到器件過流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍維 持導(dǎo)通。為增加保護(hù)電路的抗騷擾能力，可在故障信號與啟動(dòng)保護(hù)電路之間加一延時(shí)，不過故障電流會在這個(gè)延時(shí)內(nèi)急劇上升，大大增加了功率損耗，同時(shí)還會導(dǎo)致器件的 di/dt 增大。軟關(guān)斷指在過流和短路時(shí)，直接關(guān)斷IGBT。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降的降低 ， IGBT 的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時(shí)間迅速減小。 IGBT 能承受很短時(shí)間的短路電流，能承受短路電流的時(shí)間與該 IGBT 的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長。 對于過載 保護(hù)不必快速響應(yīng)，可采用集中式保護(hù)，即檢測輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有 IGBT 驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。同時(shí)還要 采用適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動(dòng)電壓 .基于上述思想，驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路現(xiàn)分為分離元件驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路和模塊驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路。 IGBT 的技術(shù)資料表明， IGBT 在 10μS更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 內(nèi)最大可承受 2 倍的額定電流，但是經(jīng)常承受過電流會使器件過早老化，故 IGBT 的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)原則必需遵循， 當(dāng)過電流值小于 2 倍額定電流值時(shí)，可采用瞬時(shí)封鎖柵極電壓的方法來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。因此，設(shè)計(jì) IGBT 的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路，使之具有完善的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)功能，是必須考慮的問題。如圖 14 所示。如果設(shè)備在運(yùn)輸或振動(dòng)過程中使得柵極回路斷開，在不被察覺的情況下給主電路加上電壓，則 IGBT 就可能會損壞。另外，若 IGBT 的柵極與發(fā)射極間開路，而在其集電極與發(fā)射極之間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于柵極與集電極和發(fā)射極之間寄生電容的存在，使得柵極電位升高，集電極－發(fā)射極有電流流過。 IGBT 柵極的保護(hù) IGBT 的柵極－發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電 壓 VGE 的保證值為 177。 出現(xiàn)短路、過流的情況下，具有靈敏的保護(hù)能力。盡可能少的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率。 IGBT 驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的原則為動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能為柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū) 動(dòng)脈沖。 研究表明 ,IGBT 的安全工作區(qū)和開關(guān)特性隨驅(qū)動(dòng)電路的改變而變化 。在發(fā)生短路時(shí)，軟關(guān)斷電路增大 Rg(off)所在支路的阻抗，并以更慢的速度關(guān)掉 IGBT。保持 IGBT 關(guān)斷過電壓在 IGBT 數(shù)據(jù)表的指定范圍內(nèi)是 必要的，特別是在短路情況下。根據(jù)各自的參數(shù)， Rg(off)約為 Rg(on)的兩倍。確定最終最優(yōu)值的唯一途徑是測試和檢更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 驗(yàn)最終系統(tǒng)。在實(shí)際中，由于測試電路和各個(gè)應(yīng)用參數(shù)的差異， IGBT 數(shù)據(jù)表中的柵極電阻值在往往不能總得到。 這適用于大多數(shù)的應(yīng)用。同樣的，額定電流小的 IGBT 模塊，將需要較大的柵極電阻。 圖 13 柵極電阻 導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí) 與 di/dt 的關(guān)系 下表概況了柵極電阻值的改變所帶來的 IGBT 開關(guān)特性的變化 ： 表 1 柵極電阻與 IGBT 開關(guān)特性的關(guān)系 變化率 /特性 ?GE ?GE ont ? ? oft ? ? onE ? ? ofE ? ? 導(dǎo)通峰值電流 ? ? 關(guān)斷尖峰電流二極管 ? ? dv/dt ? ? di/dt ? ? 電壓尖峰 ? ? EMI噪聲 ? ? 關(guān)于柵極電阻的計(jì)算， 對于低開關(guān)損耗，無 IGBT 模塊振蕩，低二極管反向恢復(fù)峰值電流和最大 dv/dt 限制，柵極電阻必須體現(xiàn)出最佳的開關(guān)特性。 更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 快速的導(dǎo)通和關(guān)斷會分別帶來較高的 dv/dt 和 di/dt，因此會產(chǎn)生更多的電磁輻射（ EMI），從而可能在應(yīng)用中引起電路故障。 圖 12 IGBT 開通和關(guān)斷波形圖 根據(jù)半橋配置中上臂 IGBT（上部）和下管 IGBT（下部）間的互鎖 /死區(qū)時(shí)間，柵極電阻對延遲時(shí)間的影響要加以考慮。正如下圖所示，可通過增加?xùn)艠O電阻的阻值來減小Vstary。圖中的陰影部分顯示了關(guān)斷損耗的相對值。這是由于電路中存在雜散電感，它在 IGBT 上產(chǎn)生的電壓尖峰，該電涌電壓可由下式估計(jì)。下列圖表顯示開關(guān)損耗和開關(guān)時(shí)間依賴于選定更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 的柵極電阻。 圖 10 導(dǎo)通和關(guān)閉的柵極電流流向 由于柵極峰值電流的增加，導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間將會縮短且開關(guān)損耗也將會減少。 IGBT開關(guān)特性與 Rg，每 個(gè) IGBT的開關(guān)特性的設(shè)定可受外部電阻 Rg的影響。柵極電阻必須按照各個(gè)應(yīng)用參數(shù)仔細(xì)選擇和優(yōu)化，如： IGBT 技術(shù)、二極管、開關(guān)頻率、 損耗、應(yīng)用布局、電感 /雜散電感、直流環(huán)節(jié)電壓和驅(qū)動(dòng)能力。所以用戶最好再在 IGBT 的柵射極或MOSFET 柵源間加裝 Rge。 有些驅(qū)動(dòng)器只有一個(gè)輸出端，這就要在原來 的 Rg 上再并聯(lián)一 個(gè)電阻和二極管的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用以調(diào)節(jié) 2 個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)速度。 通常為達(dá)到更好的驅(qū)動(dòng)效果， IGBT 開通和關(guān)斷可以采取不同的驅(qū)動(dòng)速度，分別選取 Rgon 和 Rgoff（也稱 Rg+和 Rg）往往是很必要的 。 更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 設(shè)置柵極電阻的注意事項(xiàng) 盡量減小柵極回路的電感阻抗， 這就 要使得 驅(qū)動(dòng)器靠 近 IGBT 減小引線長度 ，同時(shí) 驅(qū)動(dòng)的柵射極引線絞合，并且不要用過粗的線 ，而且 線路板上 的兩 根驅(qū)動(dòng)線的距離盡量靠近 ，還有 柵極電阻使用無感電阻；如果是有感電阻，可以用幾個(gè)并聯(lián)以減小電感。 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)功率 P＝ FUQ，其中 ： F 為工作頻率； U 為驅(qū)動(dòng)輸出電壓的峰峰值； Q 為柵極電荷，可參考 IGBT 模塊參數(shù)手冊。不同品牌的 IGBT 模塊可能有各自的特定要求，可在其參數(shù)手冊的推薦值附近調(diào)試。但驅(qū)動(dòng)速度過快將使開關(guān)器件的電壓和電流變化率大大提高，從而產(chǎn)生較大的干擾，嚴(yán)重的將使整個(gè)裝置無法工作，因此必須統(tǒng)籌兼顧。 轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)器的功率損耗 ， 電容電感 都是無功元件，如果沒有柵極電阻，驅(qū)動(dòng)功率就將絕大部分消耗在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的輸出管上，使其溫度上升很多。其電路圖如圖 9 所示。 圖 8 光耦合門極驅(qū)動(dòng) 電路 脈沖變壓器直接驅(qū)動(dòng) IGBT 的電路， 由于是電磁隔離方式，驅(qū)動(dòng)級不需要專門直流電源，簡化了電源結(jié)構(gòu)。 日本富士公司的EXB84 系列采用這種驅(qū)動(dòng)器形式 。 另外設(shè)計(jì)了過電流保護(hù)裝置 。 更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 圖 7 阻尼濾波電路 光耦合器門極驅(qū)動(dòng)電路 ， 輸入信號 Ui 經(jīng)光電耦合器隔離后引入驅(qū)動(dòng)電路 ， 經(jīng)放大器放大由推換電路 V V3向 IGBT 提供門極驅(qū)動(dòng)信號 。 為抑制輸入信號的振蕩現(xiàn)象 ,在門源端并聯(lián)一阻尼網(wǎng)絡(luò) ,由 1Ω 電阻和 電容器組成阻尼振蕩器 。 為使 IGBT 能穩(wěn)定工作 ,IGBT 驅(qū)動(dòng)電路采用正負(fù)偏壓雙電源工作方式 。此外， 在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值應(yīng)與正負(fù)柵壓相同。合適的 Cg有利于抑制 di/dt， Cg太大，開通時(shí)間延時(shí)， Cg太小對抑制 dic/dt 效果不明顯。 選擇合適的柵極串聯(lián)電阻 Rg和柵射電容 Cg對 IGBT 的驅(qū)動(dòng)相當(dāng)重要。 IGBT 快速開通和關(guān)斷有利于提高工作頻率，減小開關(guān)損耗。柵極負(fù)偏置電壓可防止由于關(guān)斷時(shí)浪涌電流過大而使 IGBT 誤 導(dǎo)通，一般負(fù)偏置電壓選 5V 為宜。 圖 6 FF450R12KT4 模塊電路圖 更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 3 IGBT 驅(qū)動(dòng) 研究 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)要求 柵極正向驅(qū)動(dòng)電壓的大小將對電路性能產(chǎn)生重要影響，必須正確選擇。本次設(shè)計(jì)選取的是 IGBT 模塊為英飛凌的 FF450R12KT4,其也是雙單元模塊，該模塊的最大的電壓值為 1200V，最大電流值為 450A，開關(guān)頻率為 20KHZ，其驅(qū)動(dòng)電路中的柵極電阻 Rg在 ?3 左右。三菱的 NFH 系列中的 CM600DU24NFH 的最大耐壓值和最大電流值與 CM600HA24H 模塊相同，但是 CM600DU24NFH 模塊是雙單元結(jié)構(gòu)，而且其柵極電阻 Rg的取值范圍為 ? ~ ? 。 IGBT 模塊 選型 目前市場上面的 IGBT 模塊產(chǎn)品很多，例如 三菱、富士、東芝、三社、西門 子 、英飛凌， IR 等品牌。在規(guī)定的集電極電流范圍內(nèi)，這個(gè)正偏置電壓不會使 NPN晶體管導(dǎo)通；當(dāng) Ic 大到一定程度時(shí)，該偏置電壓使 NPN 晶體管開通，進(jìn)而使 NPN 和 PNP晶體管處于飽和狀態(tài)。這段時(shí)間 集電極電流 Ic 下降較快； tf2對應(yīng) IGBT 內(nèi)部的 PNP 的關(guān)斷過程，這段時(shí)間內(nèi) MOSFET 已經(jīng)關(guān)斷， IGBT 又無反向電壓，所以 N 基區(qū)內(nèi)的少子復(fù)合緩慢， 造成 Ic 下降較慢。電流下降時(shí)間可以分為 tf1 和 tf2 兩段。 圖 5 IGBT 的開關(guān)過程 IGBT 關(guān)斷時(shí)，從驅(qū)動(dòng)電壓 Uge 的脈沖后沿下降到其幅值的 90%的時(shí)刻起，到集電極電流下降到 90%ICM 止，這段時(shí)間為關(guān)斷延時(shí)時(shí)間 td(off)； 集電極電流從 90%ICM 下降到 10%ICM更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 的這段時(shí)間為電流下降時(shí)間。由于 Uge 下降時(shí) IGBT 的 MOSFET柵漏電容增加，而且 IGBT 中的 PNP 晶體管由放大狀態(tài)轉(zhuǎn)入飽和狀態(tài)也需要一個(gè)過程，因此 ,tfu1 段電壓下降過程變緩。開通時(shí)，極射電壓Uce的下降過程由 tfu1和 tfu2 兩段。如圖所示，從驅(qū)動(dòng)電壓 Uge 的前沿上升至其幅值的 10%的時(shí)刻，到 集電極的電流 Ic 上升至 其幅值的 10%的時(shí)刻止，這段時(shí)間為開通延遲 時(shí)間 td(on)，而 Ic 從 10%ICM 上升至 90%ICM 所需的時(shí)間為電流的上升時(shí)間 tr。 IGBT 在開通過程與電力 MOSFET 的開通過程很相似。 由于 N+區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以 IGBT 的通態(tài)壓降小，耐壓 1000V 的 IGBT 通態(tài)壓降為 2~3V。此時(shí)， 通態(tài) 電壓 Uds(on)可用下式表示 ： ohdffjon RIUU ??? 1)(dsU （ 21） 更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計(jì)文件，電子設(shè)計(jì)相關(guān)包含源代碼及設(shè)計(jì) CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 式中 Uj1： JI 結(jié)的正向電壓，其值為 ； Uff： 擴(kuò)展電阻 Rff 上的壓降； Roh： 溝道電阻。 IGBT 處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，由于它的 PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其 B 值基地。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為 15V 左右。如圖 4(b)所示，它與 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵射電壓小于開啟電壓 Uge(th)時(shí)， IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。開關(guān)器件 IGBT 常工作于飽和狀態(tài)和阻斷狀態(tài)，若 IGBT 工作于放大狀態(tài)將會增大 IGBT的損耗。在正向?qū)ǖ拇蟛糠謪^(qū) 域內(nèi)， Ic 與 Uce呈線性關(guān)系，此時(shí) IGBT 工作于放大區(qū)內(nèi)。 IGBT 的基本工作特性 IGBT 的 靜態(tài)特性 如下： IGBT 的伏安特性如圖 4（ a）所示，伏安特性是以柵射電壓 Uge 為參變量時(shí)，集電極電流 Ic 和集射電壓 Uce 之間的關(guān)系曲線。 IGBT 和普通三極管一樣，可工作在線性放大區(qū)、 飽和區(qū)和截止區(qū)，起主要作為開關(guān)器件應(yīng)用。 IGBT 的導(dǎo)通和關(guān)斷是由柵極電壓 Uge來控制的，當(dāng) Uge 大于 Uge(th)時(shí) IGBT 導(dǎo)通。在柵極上加負(fù)電壓時(shí)， MOSFET 內(nèi)的溝道消失， PNP 晶體管的基極電流被切斷， IGBT 即關(guān)斷。 IGBT 的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來控制的。 IGBT 的安全可靠與否主要由以下因素決定： IGBT 柵極與發(fā)射極之間的電壓； IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓；流過 IGBT 集電極－發(fā)射極的電流； IGBT 的結(jié)溫。 此時(shí)，從 P+區(qū)注到 N區(qū)進(jìn)行 電導(dǎo)調(diào)制，減少 N區(qū)的電阻Rff 值，使高耐壓 IGBT 也具有低的通態(tài)壓降。 IGBT 的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來控制的。 若在 IGBT 的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則 MOSFET 導(dǎo)通， 這樣 PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若 IGBT 的柵極和發(fā)射極之間電壓為 0V，則 M