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IGBT高壓大功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方案

作者： 時(shí)間：2016-12-15 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 收藏

　　3．2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
　　驅(qū)動(dòng)電路及參數(shù)如圖3所示。

　　

本文引用地址：http://2s4d.com/article/201612/330470.htm

　　HCPL-316J左邊的VIN+，F(xiàn)AULT和RESET分別與微機(jī)相連。R7，R8，R9，D5，D6和C12 起輸入保護(hù)作用，防止過(guò)高的輸入電壓損壞IGBT，但是保護(hù)電路會(huì)產(chǎn)生約1µs延時(shí)，在開(kāi)關(guān)頻率超過(guò)100kHz時(shí)不適合使用。Q3最主要起互鎖作用，當(dāng)兩路PWM信號(hào)（同一橋臂）都為高電平時(shí)，Q3導(dǎo)通，把輸入電平拉低，使輸出端也為低電平。圖3中的互鎖信號(hào)Interlock，和Interlock2分別與另外一個(gè)316J Interlock2和Interlock1相連。R1和C2起到了對(duì)故障信號(hào)的放大和濾波，當(dāng)有干擾信號(hào)后，能讓微機(jī)正確接受信息。
　　在輸出端，R5和C7關(guān)系到IGBT開(kāi)通的快慢和開(kāi)關(guān)損耗，增加C7可以明顯地減小dic／dt。首先計(jì)算柵極電阻：其中ION為開(kāi)通時(shí)注入IGBT的柵極電流。為使IGBT迅速開(kāi)通，設(shè)計(jì)，IONMAX值為20A。輸出低電平VOL=2v?？傻?br />　　
　　C3是一個(gè)非常重要的參數(shù)，最主要起充電延時(shí)作用。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)，芯片開(kāi)始工作時(shí)，由于IGBT的集電極C端電壓還遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7V，若沒(méi)有C3，則會(huì)錯(cuò)誤地發(fā)出短路故障信號(hào)，使輸出直接關(guān)斷。當(dāng)芯片正常工作以后，假使集電極電壓瞬間升高，之后立刻恢復(fù)正常，若沒(méi)有C3，則也會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤的故障信號(hào)，使IGBT誤關(guān)斷。但是，C3的取值過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)反應(yīng)變慢，而且在飽和情況下，也可能使IGBT在延時(shí)時(shí)間內(nèi)就被燒壞，起不到正確的保護(hù)作用， C3取值100pF，其延時(shí)時(shí)間
　　
　　在集電極檢測(cè)電路用兩個(gè)二極管串連，能夠提高總體的反向耐壓，從而能夠提高驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí)，但二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要很小，且每個(gè)反向耐壓等級(jí)要為1000V，一般選取BYV261E，反向恢復(fù)時(shí)間75 ns。R4和C5的作用是保留HCLP-316J出現(xiàn)過(guò)流信號(hào)后具有的軟關(guān)斷特性，其原理是C5通過(guò)內(nèi)部MOSFET的放電來(lái)實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。圖3中輸出電壓VOUT經(jīng)過(guò)兩個(gè)快速三極管推挽輸出，使驅(qū)動(dòng)電流最大能達(dá)到20A，能夠快速驅(qū)動(dòng)1700v、200-300A的IGBT。
　　3．3驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)
　　在驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定的電源是IGBT能否正常工作的保證。如圖4所示。電源采用正激變換，抗干擾能力較強(qiáng)，副邊不加濾波電感，輸入阻抗低，使在重負(fù)載情況下電源輸出電壓仍然比較穩(wěn)定。

　　

　　當(dāng)s開(kāi)通時(shí)，+12v（為比較穩(wěn)定的電源，精度很高）電壓便加到變壓器原邊和S相連的繞組，通過(guò)能量耦合使副邊經(jīng)過(guò)整流輸出。當(dāng)S關(guān)斷時(shí)，通過(guò)原邊二極管和其相連的繞組把磁芯的能量回饋到電源，實(shí)現(xiàn)變壓器磁芯的復(fù)位。555定時(shí)器接成多諧振蕩器，通過(guò)對(duì)C1的充放電使腳2和腳6的電位在4～8v之間變換，使腳3輸出電壓方波信號(hào)，并用方波信號(hào)來(lái)控制S的開(kāi)通和關(guān)斷。+12v經(jīng)過(guò)R1，D2給C1充電，其充電時(shí)間t1≈R1C2ln2；放電時(shí)間t2=R2C1ln2，充電時(shí)輸出高電平，放電時(shí)輸出低電平。所以占空比=t1／（t1+t2）。
　　變壓器按下述參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)：原邊接+12v，頻率為60kHz，工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bw為O．15T，副邊+15v輸出2A，-5v輸出1 A，效率n=80％，窗口填充系數(shù)Km為O．5，磁芯填充系數(shù)Kc為1，線圈導(dǎo)線電流密度d為3 A／mm2。則輸出功率
　　PT=（15+O．6）×2×2+（5+O．6）×1×2=64W。
　　變壓器磁芯參數(shù)
　　
　　由于帶載后驅(qū)動(dòng)電源輸出電壓會(huì)有所下降，所以，在實(shí)際應(yīng)用中考慮提高頻率和占空比來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)可驅(qū)動(dòng)l700v，200～300A的IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。硬件上實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩個(gè)IGBT（同一橋臂）的互鎖，并設(shè)計(jì)了可以直接給兩個(gè)IGBT供電的驅(qū)動(dòng)電源。
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