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《具有短路保護功能的IGBT驅(qū)動電路設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、天津輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報1998年第1期No.11998JOURNALOFTIANJININSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYX具有短路保護功能的IGBT驅(qū)動電路設(shè)計劉文良王杰(自動化工程系)摘要:在分析了IGBT短路特性基礎(chǔ)上,設(shè)計出具有降柵壓及慢關(guān)斷兩種短路保護功能的驅(qū)動器,經(jīng)短路實驗證明具有良好的驅(qū)動及保護功能。關(guān)鍵詞:驅(qū)動器短路保護IGBTDRIVERUNITOFIGBTWITHRELIABLEFUNCTIONOFSHORTCIRCUITPROTECTIONLiuWenliangWangJieAbstract:Inthispaper,adriverunitofIGBTwith
2、functionofshortcircuitprotectionbyuseofdecreasingthegridVoltageandreducingthespeedofturn-offispresented,basedonanalysesofIGBT'scharacterofshortcircut.Theresultofshort-circuittestshowsthefunctionsofdrivingandprotectionaresatisfactory.Keywords:Driverunit,Short-circuitprotection,IGBT近年來,IGBT(絕緣柵雙極型晶
3、體管)作為新一代全控型電力電子器件,在電氣傳動等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而,要保證IGBT安全可靠的工作,驅(qū)動與保護電路的合理設(shè)計尤為重要。本文介紹一種具有完善短路保護功能的IGBT驅(qū)動器,在短路故障狀態(tài)下能確保IGBT安全關(guān)斷,具有較高的實用價值。1IGBT的工作特性及驅(qū)動保護要求1.1IGBT的短路工作特性IGBT作為開關(guān)器件,其通態(tài)損耗占主要部分,它主要取決于器件的正向飽和壓降VCES。VCES大的通態(tài)損耗大。隨著器件制造工藝的改進,低VCES的器件不斷涌現(xiàn),使裝置的效率得到提高。但VCES越低,IGBT短路時的故障過電流越大,能夠承受的允許短路時間tSC越短,過流保護更加困難。
4、IGBT允許的短路時間,還與柵極驅(qū)動電壓VGE有關(guān)。降低VGE,能使集電極短路電流ISCX收稿日期:1996207214;1997204219收到修改稿第1期劉文良,等:具有短路保護功能的IGBT驅(qū)動電路設(shè)計·23·減小,允許的短路時間tSC延長。以1MBH60-100單管為例,當(dāng)VGE由15V降低到10V時,tSC由5Ls增加到15Ls左右,過電流幅值由250A降到100A。造成IGBT損壞的原因除上面提到的熱損耗外,還有鎖定及過電壓擊穿兩種原因。過電壓擊穿是由于在短路電流下快速關(guān)斷IGBT時,由于電流變化率很大,勢必在電路雜散電感上感應(yīng)出很高的尖峰電壓作用于IGBT上,造成過壓擊穿。
5、降低關(guān)斷過電壓,可通過降低關(guān)斷時的電流變化率來實現(xiàn),途徑有兩個:(1)降低關(guān)斷前的短路電流值;(2)采取慢關(guān)斷措施,即在IGBT所能承受的短路時間內(nèi),逐漸減小驅(qū)動電壓VGE,使之慢速關(guān)斷。當(dāng)IGBT短路時,如果短路電流過大,即使快速降低柵極電壓VGE也無法關(guān)斷IGBT,持續(xù)的過電流直至使元件損壞,即所謂鎖定。降低短路時的過電流幅值是克服鎖定的有效途徑。除上述故障過流外,IGBT在運行過程中所承受的過電流還有續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流、換相過電壓吸收電容器的放電電流及噪聲干擾所造成的尖峰電流等。這些瞬態(tài)過電流是裝置正常工作時不可避免的,屬于干擾問題。因此保護電路必須具有識別真假故障過流的能力
6、,以便采取不同的保護措施,保證系統(tǒng)在強干擾狀態(tài)下安全、可靠運行。1.2IGBT的驅(qū)動保護要求通過以上分析不難看出,理想的IGBT驅(qū)動器應(yīng)具有以下功能:(1)正常運行時保持適當(dāng)?shù)尿?qū)動電壓。導(dǎo)通時一般取VGE=15V,以降低IGBT的VCES,降低運行結(jié)溫。關(guān)斷時取VGE=-5V,以防止IGBT關(guān)斷瞬間因dv?dt過高造成的誤導(dǎo)通,提高裝置的抗干擾能力。(2)過流降柵壓功能。出現(xiàn)短路或瞬時過電流時能瞬時將VGE由15V降至10V,降柵壓延遲時間應(yīng)能在3Ls以內(nèi)任意設(shè)定,以滿足不同性能元件的要求。(3)柵壓恢復(fù)及慢關(guān)斷功能。如過電流是瞬時的,當(dāng)過電流結(jié)束時,應(yīng)能立即自動使VGE由10V恢復(fù)到1
7、5V。如是持續(xù)的故障過電流,則應(yīng)能在降柵壓(6～12)Ls后,使VGE由10V經(jīng)(2～5)Ls的下降時間降至IGBT的柵射極門檻電壓以下,實現(xiàn)慢關(guān)斷。當(dāng)IGBT驅(qū)動器具有以上保護功能時,由于過流時能立即降柵壓,可使過電流幅值減小,避免了IGBT因鎖定造成的損壞。并使允許的短路時間由5Ls延長至15Ls。如果在降柵壓10Ls后慢關(guān)斷,與允許的短路時間相比還留有5Ls的時間裕量,因此能避免IGBT因過熱造成的損壞。IGBT在降柵壓及慢關(guān)
