igbt驅(qū)動(dòng)電路精選(九篇)

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第1篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

【關(guān)鍵詞】永磁同步電機(jī)；驅(qū)動(dòng)；負(fù)載試驗(yàn)；ACPL-38JT；igbt

1.引言

Avago公司的ACPL-38JT是汽車IGBT用柵極驅(qū)動(dòng)光耦器，輸出電流2.5A，集成了去飽和(VCE)檢測和故障狀態(tài)反饋，滿足汽車電子AEC-Q100 Grade 1標(biāo)準(zhǔn)要求，可驅(qū)動(dòng)IC=150A，VCE=1200V的IGBT，最大開關(guān)速度500ns，VCM=1，500V時(shí)15kV/μs共模抑制(CMR)能力，IGBT“軟關(guān)斷”，5-30工作電壓，工作溫度-40℃到+125℃。ACPL-38JT光電耦合器的帶滯后欠壓鎖定(UVLO)保護(hù)功能可通過強(qiáng)制降低輸出來保護(hù)IGBT免受門電壓不足的干擾。集成的IGBT門極驅(qū)動(dòng)器專為增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能和可靠性并且不影響離散設(shè)計(jì)的成本、尺寸和復(fù)雜性而設(shè)計(jì)。該設(shè)備配有小尺寸16引腳(SO-16)表面貼裝，符合UL 1577，IEC/EN/DIN EN 60747-5-2和CSA工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。

ACPL-38JT主要用于絕緣IGBT/MOSFET逆變器柵極驅(qū)動(dòng)，汽車用DC/DC轉(zhuǎn)換器，AC和無刷DC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以及UPS。

因此，本文針對ACPL-38JT柵極驅(qū)動(dòng)光耦器進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于英飛凌型號為FS300R12KE3的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，并經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.逆變器原理框圖

圖1為基于ACPL-38JT的車用永磁同步電機(jī)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制框圖。由逆變電路和主控電路組成，逆變電路為電壓源逆變器，由膜電容（該膜電容內(nèi)部集成有吸收電容）、IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路組成，由于膜電容集成有吸收電容，因此可以抑制電流紋波和換流過程中產(chǎn)生的母線電壓尖峰，IGBT采用英飛凌型號為FS300R12KE3模塊，該模塊為六合一模塊，如圖2所示，IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片采用ACPL-38JT。主電路由DSP、CPLD、PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路、選編解碼電路、電流電壓采樣電路、故障保護(hù)電路、CAN接口電路組成等組成。

3.基于ACPL-38JT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

3.1 驅(qū)動(dòng)電路電源設(shè)計(jì)

ACPL-38JT驅(qū)動(dòng)芯片的引腳定義如圖3所示。為保證IGBT的可靠開通和可靠關(guān)斷，ACPL-38JT的VCC2-VEE之間的電壓設(shè)計(jì)為24V，通過模塊電源來實(shí)現(xiàn)，IGBT的門驅(qū)動(dòng)電壓G-E設(shè)計(jì)為18V，VEE2-E設(shè)計(jì)為-6V，其實(shí)現(xiàn)通過18V的穩(wěn)壓二極管來實(shí)現(xiàn)，電路園路圖分別如圖4和圖5所示。

3.2 滯后欠壓鎖定電路和輸入互鎖電路設(shè)計(jì)

如圖6所示，為保證驅(qū)動(dòng)電路的可靠性，在電路中設(shè)計(jì)有滯后欠壓鎖定電路，當(dāng)電源電壓低于一定值是輸出滯后欠壓信號，根據(jù)該信號對IGBT進(jìn)行保護(hù)。為保證輸入PWM波出現(xiàn)上下管子直通，設(shè)計(jì)了輸入互鎖電路，Q44最主要起互鎖作用，當(dāng)兩路PWM信號(同一橋臂)都為高電平時(shí)，Q44導(dǎo)通，把輸入電平拉低，使輸出端也為低電平。圖6中的互鎖信號lock1和lock2分別與另外一個(gè)38JT另一橋臂lock2和lock1相連。

3.3 U相下橋臂的驅(qū)動(dòng)電路

根據(jù)前面的分析設(shè)計(jì)了基于ACPL-38JT的六合一的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，圖7中給出了U相下橋臂的電路原理圖，為提高電路的驅(qū)動(dòng)能力，采用推挽電路來實(shí)現(xiàn)，輸出電壓VOUT經(jīng)過兩個(gè)快速三極管推挽輸出，使驅(qū)動(dòng)電流增大，能夠快速驅(qū)動(dòng)1200v、300A的IGBT。同時(shí)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷電阻可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，開通電阻可在5歐和2.5歐之間選擇，關(guān)斷電阻可在5歐、2.5歐和1.6歐之間選擇。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在完成驅(qū)動(dòng)電流的基本測試后，將驅(qū)動(dòng)電路裝到IGBT上，帶上電機(jī)負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如后所述。

4.1 驅(qū)動(dòng)電壓波形中開通過程米勒平臺(tái)考察試驗(yàn)

為了考察母線電壓對米勒平臺(tái)的影響規(guī)律，在母線電壓分別為100V和400V時(shí)靜態(tài)測試(未轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī))開通過程的驅(qū)動(dòng)電壓波形，分別如圖8和圖9所示。母線電壓升高后，驅(qū)動(dòng)電壓開通過程米勒平臺(tái)開始出現(xiàn)變形。但是從上圖對比可以看出，該電壓“凹陷”過程并未影響開通時(shí)間，而只是在原有應(yīng)為平臺(tái)的區(qū)段出現(xiàn)變形。

4.2 穩(wěn)態(tài)時(shí)母線電壓幅值對驅(qū)動(dòng)電壓的影響

不同電壓下穩(wěn)態(tài)時(shí)的A相上管驅(qū)動(dòng)電壓Uge如表1所示。因此，穩(wěn)態(tài)情況下，母線電壓幅值對驅(qū)動(dòng)電壓Uge影響很小。

4.3 穩(wěn)態(tài)時(shí)電流大小對驅(qū)動(dòng)電壓的影響

在400V母線電壓下，測試不同電流下的A相上管和C相下管驅(qū)動(dòng)電壓，結(jié)果如表2所示。因此，穩(wěn)態(tài)情況下，電流大小對驅(qū)動(dòng)電壓Uge影響也很小。并且不同管子的的驅(qū)動(dòng)電壓有較大差異。

4.4 電機(jī)電流波形

測試的母線電壓為300V時(shí)，轉(zhuǎn)速為700rpm，當(dāng)相電流升至360Arms時(shí)電流波形如圖10所示，圖中1通道為驅(qū)動(dòng)電壓波形，2通道為電機(jī)電路波形，檢測電流的過程中，對電流卡鉗的量程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所以示波器上顯示單位為毫伏。

5.結(jié)論

本文對ACPL-38JT驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行分析，通過對電源電路、滯后欠壓鎖定電路和輸入互鎖電路、驅(qū)動(dòng)推挽電路和驅(qū)動(dòng)電阻等電路的設(shè)計(jì)，最終完成針對英飛凌型號為FS300R12KE3的IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。經(jīng)過帶電機(jī)負(fù)載試驗(yàn)，本文所設(shè)計(jì)的ACPL-38JT驅(qū)動(dòng)電路滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]/public/art/artinfo/id/80008531.

[2]申翔.IGBT集成驅(qū)動(dòng)模塊的研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2006(9):49-53.

[3]丁浩華,陳輝明.帶過流和短路保護(hù)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路研究[J].電力電子技術(shù),1997(1):30-32.

[4]李宏.電力電子設(shè)備器件及集成電路應(yīng)用指南(第一分冊).電力半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)集成電路[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

第2篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

下面以2SD315A為例，對CONCEPT公司驅(qū)動(dòng)器加以說明：

配套能力強(qiáng)，1 700 V，2 500 V，3 300 V三種電壓等級；內(nèi)部雙DC／DC變換器，兩路驅(qū)動(dòng)電源隔離；單15 V供電，內(nèi)部+15 V，-15 V由DC／DC變換器得到；用變壓器隔離，工作頻率100 kHz；-40～+85 ℃工作范圍；獨(dú)立工作方式或半橋工作方式；CMOS／TTL信號輸入；隔離電壓4 000 Vrms；UCE監(jiān)控短路過流；死區(qū)時(shí)間可調(diào)；故障記憶鎖定輸出；欠壓(

4.8 EUPEC公司系列驅(qū)動(dòng)器

EUPEC公司驅(qū)動(dòng)器主要有兩種：

2ED020I12-F：1 200 V等級，±15 V／+l A／－2 A，無磁心變壓器驅(qū)動(dòng)；2ED300C17-S／ST：1 700 V等級，±15 V／30 A，變壓器驅(qū)動(dòng)

4.9 光纖隔離驅(qū)動(dòng)

自世界上第一只MOSFET及IGBT問世以來，電壓控制型電力電子器件特別是IGBT正經(jīng)歷一個(gè)飛速發(fā)展的過程。 IGBT單模塊器件的電壓越做越高，電流越做越大。同時(shí)，與之配套的驅(qū)動(dòng)器件也得到了大力發(fā)展。隨著器件應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，電源設(shè)備變換功率越來越大，電磁干擾也相應(yīng)增大。在這種情況下，提高控制板的抗干擾能力，提高驅(qū)動(dòng)耐壓等級己成為一種趨勢。光纖的使用也就成為了一種必然。

(1)IGBT驅(qū)動(dòng)隔離的幾種方式

不同功率等級的器件，對驅(qū)動(dòng)的要求不盡相同，下表給出了目前常用的幾種驅(qū)動(dòng)方式的比較(見表20)。

(2)光纖收發(fā)器的種類

目前，大部分光纖收發(fā)器均使用Aglient公司的幾種產(chǎn)品型號。具體見表21(表中數(shù)據(jù)均為0～70℃使用條件，特殊標(biāo)注除外)。

一般情況下，HFBR-1522，HFBR-2522使用較多，在大功率電力轉(zhuǎn)換設(shè)備中，控制板與大功率模塊驅(qū)動(dòng)板之間1MBd的信號傳輸率已滿足要求，而且45m的距離也已足夠使用，在實(shí)際使用中，光纖的長度可依要求選擇(見圖35、圖36及圖37)。

(3)光纖傳輸在驅(qū)動(dòng)電路中的具體應(yīng)用

第3篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

智能功率模塊（IPM）是Intelligent Power Module的縮寫，是一種先進(jìn)的功率開關(guān)器件，具有GTR(大功率晶體管)高電流密度、低飽和電壓和耐高壓的優(yōu)點(diǎn)，以及MOSFET（場效應(yīng)晶體管）高輸入阻抗、高開關(guān)頻率和低驅(qū)動(dòng)功率的優(yōu)點(diǎn)。而且IPM內(nèi)部集成了邏輯、控制、檢測和保護(hù)電路，使用起來方便，不僅減小了系統(tǒng)的體積以及開發(fā)時(shí)間，也大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，適應(yīng)了當(dāng)今功率器件的發(fā)展方向——模塊化、復(fù)合化和功率集成電路（PIC），在電力電子領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文以三菱公司PM100DSA120為例，介紹IPM的基本特性，然后著重介紹IPM的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。

1 IPM的基本工作特性

1．1 IPM的結(jié)構(gòu)

IPM由高速、低功率的IGBT芯片和優(yōu)選的門級驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路構(gòu)成，如圖1所示。其中，IGBT是GTR和MOSFET的復(fù)合，由MOSFET驅(qū)動(dòng)GTR，因而IGBT具有兩者的優(yōu)點(diǎn)。

IPM根據(jù)內(nèi)部功率電路配置的不同可分為四類：H型（內(nèi)部封裝一個(gè)IGBT）、D型（內(nèi)部封裝兩個(gè)IGBT）、C型（內(nèi)部封裝六個(gè)IGBT）和R型（內(nèi)部封裝七個(gè)IGBT）。小功率的IPM使用多層環(huán)氧絕緣系統(tǒng)，中大功率的IPM使用陶瓷絕緣。

1．2 IPM內(nèi)部功能機(jī)制

IPM的功能框圖如圖2所示。IPM內(nèi)置驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，隔離接口電路需用戶自己設(shè)計(jì)。

IPM內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路使系統(tǒng)硬件電路簡單、可靠，縮短了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間，也提高了故障下的自保護(hù)能力。與普通的IGBT模塊相比，IPM在系統(tǒng)性能及可靠性方面都有進(jìn)一步的提高。

    保護(hù)電路可以實(shí)現(xiàn)控制電壓欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)和短路保護(hù)。如果IPM模塊中有一種保護(hù)電路動(dòng)作，IGBT柵極驅(qū)動(dòng)單元就會(huì)關(guān)斷門極電流并輸出一個(gè)故障信號（FO）。各種保護(hù)功能具體如下：

（1）控制電壓欠壓保護(hù)（UV）：IPM使用單一的＋15V供電，若供電電壓低于12．5V,且時(shí)間超過toff＝10ms，發(fā)生欠壓保護(hù)，封鎖門極驅(qū)動(dòng)電路，輸出故障信號。

（2）過溫保護(hù)（OT）：在靠近IGBT芯片的絕緣基板上安裝了一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)IPM溫度傳感器測出其基板的溫度超過溫度值時(shí)，發(fā)生過溫保護(hù)，封鎖門極驅(qū)動(dòng)電路，輸出故障信號。

（3）過流保護(hù)(OC)：若流過IGBT的電流值超過過流動(dòng)作電流，且時(shí)間超過toff，則發(fā)生過流保護(hù)，封鎖門極驅(qū)動(dòng)電路，輸出故障信號。為避免發(fā)生過大的di/dt，大多數(shù)IPM采用兩級關(guān)斷模式，過流保護(hù)和短路保護(hù)操作可參見圖3。其中，VG為內(nèi)部門極驅(qū)動(dòng)電壓，ISC為短路電流值，IOC為過流電流值，IC為集電極電流，IFO為故障輸出電流。

    （4）短路保護(hù)(SC)：若負(fù)載發(fā)生短路或控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致短路，流過IGBT的電流值超過短路動(dòng)作電流，則立刻發(fā)生短路保護(hù)，封鎖門極驅(qū)動(dòng)電路，輸出故障信號。跟過流保護(hù)一樣，為避免發(fā)生過大的di/dt，大多數(shù)IPM采用兩級關(guān)斷模式。為縮短過流保護(hù)的電流檢測和故障動(dòng)作間的響應(yīng)時(shí)間，IPM內(nèi)部使用實(shí)時(shí)電流控制電路（RTC）,使響應(yīng)時(shí)間小于100ns，從而有效抑制了電流和功率峰值，提高了保護(hù)效果。

當(dāng)IPM發(fā)生UV、OC、OT、SC中任一故障時(shí)，其故障輸出信號持續(xù)時(shí)間tFO為1．8ms（SC持續(xù)時(shí)間會(huì)長一些），此時(shí)間內(nèi)IPM會(huì)封鎖門極驅(qū)動(dòng)，關(guān)斷IPM；故障輸出信號持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，IPM內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位，門極驅(qū)動(dòng)通道開放。

可以看出，器件自身產(chǎn)生的故障信號是非保持性的，如果tFO結(jié)束后故障源仍舊沒有排除，IPM就會(huì)重復(fù)自動(dòng)保護(hù)的過程，反復(fù)動(dòng)作。過流、短路、過熱保護(hù)動(dòng)作都是非常惡劣的運(yùn)行狀況，應(yīng)避免其反復(fù)動(dòng)作，因此僅靠IPM內(nèi)部保護(hù)電路還不能完全實(shí)現(xiàn)器件的自我保護(hù)。要使系統(tǒng)真正安全、可靠運(yùn)行，需要輔助的外圍保護(hù)電路。

2 IPM驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路是IPM主電路和控制電路之間的接口，良好的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。

2．1 IGBT的分立驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

IGBT的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)問題亦即MOSFET的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)問題,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①IGBT柵極耐壓一般在±20V左右，因此驅(qū)動(dòng)電路輸出端要給柵極加電壓保護(hù)，通常的做法是在柵極并聯(lián)穩(wěn)壓二極管或者電阻。前者的缺陷是將增加等效輸入電容Cin，從而影響開關(guān)速度，后者的缺陷是將減小輸入阻抗，增大驅(qū)動(dòng)電流，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)需要取舍。圖4為IGBT柵極保護(hù)原理圖，其中，RG、DZ、Cin分別為等效柵極阻抗、穩(wěn)壓管和等效輸入電容。②盡管IGBT所需驅(qū)動(dòng)功率很小，但由于MOSFET存在輸入電容Cin，開關(guān)過程中需要對電容充放電，因此驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流應(yīng)足夠大，這一點(diǎn)設(shè)計(jì)者往往忽略。假定開通驅(qū)動(dòng)時(shí)，在上升時(shí)間tr內(nèi)線性地對MOSFET輸入電容Cin充電，則驅(qū)動(dòng)電流為Igt＝CinUgs/tr，其中可取tr＝2.2RCin，R為輸入回路電阻。③為可靠關(guān)閉IGBT, 防止擎住現(xiàn)象, 要給柵極加一負(fù)偏壓，因此最好采用雙電源供電。

2．2 IGBT集成式驅(qū)動(dòng)電路

IGBT的分立式驅(qū)動(dòng)電路中分立元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保護(hù)功能比較完善的分立電路就更加復(fù)雜，可靠性和性能都比較差，因此實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)采用集成式驅(qū)動(dòng)電路。日本富士公司的EXB系列集成電路、法國湯姆森公司的UA4002集成電路等應(yīng)用都很廣泛。

2．3 IPM驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

現(xiàn)以PM100DSA120為例進(jìn)行介紹。PM100DSA120是一種D型的IPM，內(nèi)部封裝了兩個(gè)IGBT，工作在1200V／100A以下，功率器件的開關(guān)頻率最大為20kHz。由于IPM內(nèi)置了驅(qū)動(dòng)電路，與IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)相比，外圍驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較方便，只要能提供15V直流電壓即可。

但是IPM對驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓的要求很嚴(yán)格?熏具體為：①驅(qū)動(dòng)電壓范圍為15V±10％?熏電壓低于13．5V將發(fā)生欠壓保護(hù)，電壓高于16．5V將可能損壞內(nèi)部部件。②驅(qū)動(dòng)電壓相互隔離，以避免地線噪聲干擾。③驅(qū)動(dòng)電源絕緣電壓至少是IPM極間反向耐壓值的兩倍（2Vces）。④驅(qū)動(dòng)電流可以參閱器件給出的20kHz驅(qū)動(dòng)電流要求，根據(jù)實(shí)際的開關(guān)頻率加以修正。⑤驅(qū)動(dòng)電路輸出端濾波電容不能太大，這是因?yàn)楫?dāng)寄生電容超過100pF時(shí)，噪聲干擾將可能誤觸發(fā)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路。

這里介紹一種可獲得高質(zhì)量15V電源的方案。該方案驅(qū)動(dòng)電路不僅結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，而且抗干擾能力強(qiáng)，典型電路如圖5所示。

圖5 IPM驅(qū)動(dòng)電路和外圍隔離電路

    圖中各器件的類型和參數(shù)已經(jīng)標(biāo)出，其中，M57140－01和M57120L是三菱公司為其IPM系列產(chǎn)品專門配置的電壓變換模塊。在M57120L的輸入端加一路113V～400V的直流電壓可以在輸出端得到一路20V的直流電壓，在M57140－01的輸入端加一路18V～22V的直流電壓，輸出端可以得到4路相互隔離的15V電壓，方便地為IPM供電；HCPL4504和PC817是高速光耦，起到電氣隔離IPM與外部電路的作用，IPM的控制信號Cin和故障輸出信號FO通過光耦傳輸。

在應(yīng)用要求不高的場合也可以用常用的整流電路得到的20V直流電壓取代M57120作為M57140－01的輸入端，也可以采用整流電路直接得到的15V直流電壓為PM100DSA120供電，但效果不如圖5所示的方案，實(shí)踐應(yīng)用中證明了這一點(diǎn)。

3 IPM保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

完善的系統(tǒng)保護(hù)不能只依靠IPM的內(nèi)部保護(hù)機(jī)制，需要輔助外圍的保護(hù)電路，這可以通過硬件的方式實(shí)現(xiàn)，也可以通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)。

3.1 IPM保護(hù)電路的硬件實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)方式很多，列舉兩個(gè)例子說明。

方案一 PWM接口電路前置74HC245、74HC244等帶控制端的三態(tài)收發(fā)器，如圖6所示。IPM的控制信號經(jīng)過74HC245的輸入、74HC245的輸出后送至IPM接口電路；各個(gè)IPM的故障輸出信號經(jīng)光耦隔離輸出后得到高電平FO，送入或門，或門輸出經(jīng)過R－C低通濾波器后，送入74HC245的使能端OE。IPM正常工作時(shí)，或門輸出為低電平，74HC245選通；IPM故障報(bào)警時(shí)，或門輸出為高電平，74HC245所有輸出置為高阻，封鎖各個(gè)IPM的控制信號，關(guān)斷IPM，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)功能。

    方案二 PWM接口電路前置一級帶控制端的光耦，如6N137。方案二的原理與方案一類似，只是由于高電平使能控光耦合6N137，或門換成了或非門，其輸出經(jīng)過R－C低通濾波器后，送入了可控光耦合6N137的光耦使能端VE，但同樣在IPM故障報(bào)警時(shí)封鎖IPM的控制信號通道，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)功能。

需要注意的是，為縮短故障響應(yīng)時(shí)間，R－C低通濾波器時(shí)間常數(shù)應(yīng)該小。兩級光耦延長了響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)選用高速光耦。

以上兩種方案都是利用IPM故障輸出信號封鎖IPM的控制信號通道，因而彌補(bǔ)了IPM自身保護(hù)的不足，有效地保護(hù)了器件。

3.2 IPM保護(hù)電路的軟件實(shí)現(xiàn)

軟件的基本思路是：IPM故障報(bào)警時(shí)，故障輸出信號送到控制器處理，處理器確認(rèn)后，利用軟件關(guān)斷IPM的控制信號，從而達(dá)到保護(hù)目的。

綜上所述，軟件保護(hù)不需增加硬件，簡便易行，但可能受到軟件設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)故障的影響；硬件保護(hù)則反應(yīng)迅速，工作可靠。實(shí)踐應(yīng)用中軟件與硬件結(jié)合的保護(hù)方式能更好地提高系統(tǒng)的可靠性。

4 IPM的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)實(shí)例

筆者在DSP控制開關(guān)磁阻電機(jī)的項(xiàng)目中，選用IPM作為功率變換器的主開關(guān)器件，控制器采用了德州公司的TMS320F240 數(shù)字信號處理器，功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入（即IPM的控制信號）由TMS320F240內(nèi)含的全比較單元相對應(yīng)的PWM1～PWM4產(chǎn)生。

TMS320F240的事件管理器模塊包含一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)引腳（PDPINT），當(dāng)該引腳被拉低時(shí)，所有的事件管理器輸出引腳均被硬件設(shè)置為高阻態(tài)，因此PDPINT可用來為監(jiān)控程序提供電機(jī)驅(qū)動(dòng)的異常情況，并實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。

驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖4所示。保護(hù)電路選用軟件保護(hù)，四個(gè)功率器件IPM的故障信號經(jīng)過光耦隔離，送至或非門CD4078，其輸出經(jīng)過低通阻容濾波器連接到DSP的PDPINT引腳。當(dāng)IPM故障報(bào)警時(shí)，PDPINT引腳被拉為低電平，DSP內(nèi)部定時(shí)器立即停止工作，所有PWM輸出呈高阻態(tài)，封鎖IPM控制信號；同時(shí)產(chǎn)生中斷信號，通知DSP有故障情況發(fā)生，在中斷服務(wù)程序中判斷發(fā)生何種故障，并顯示故障代碼。

圖7為負(fù)載電流為8A、SRM額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)IPM的15V驅(qū)動(dòng)電壓波形。

第4篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

通用變頻器，大到國際大公司，小到工廠家庭乃至在各種設(shè)備中都有應(yīng)用，而其主要的區(qū)別只是在品牌和功率的大小。在經(jīng)過幾年的使用后不管是國產(chǎn)的還是進(jìn)口的變頻器故障就陸續(xù)出現(xiàn)。其中變頻器故障主要有上電無反應(yīng)、報(bào)過流、報(bào)過壓、報(bào)過溫或三相負(fù)載輸出不平衡等等，尤其以三相輸出不平衡故障為多，而最終表現(xiàn)出過流、過壓故障的實(shí)質(zhì)也就是三相不平衡。但因變頻器維修資料圖紙等也相當(dāng)缺乏，出現(xiàn)故障后，用戶要么直接換新變頻器，要么通過廠家維修，但這樣費(fèi)用較高，周期又長。為打破這一瓶頸，校企工作室通過探索研究自主檢修技改，將解決變頻器三相輸出不平衡的問題。

本文以校企工作室檢修過的變頻器為例，結(jié)合機(jī)械工況對其內(nèi)部電子電路原理，進(jìn)行分析和歸納，最終把三相輸出不平衡的問題在技術(shù)上攻破。

【關(guān)鍵詞】變頻器；逆變器；不平衡；驅(qū)動(dòng)電路；

1 引言

現(xiàn)行變頻器，進(jìn)口的有ABB、西門子、三菱、安川、丹佛斯，國產(chǎn)的有英威騰、森蘭、阿爾法等，臺(tái)灣的有東元、臺(tái)達(dá)等變頻器。

變頻器是弱電和強(qiáng)電的有機(jī)結(jié)合，是軟件和硬件的有機(jī)結(jié)合，更是微電子技術(shù)和電力半導(dǎo)體器件的結(jié)合應(yīng)用。它控制上的智能化和靈活多變及完善的檢測和保護(hù)電路，電路元器件的非通用性和特殊要求，說明了這類機(jī)器的智能化電氣設(shè)備的特點(diǎn)。特別是國外的一些變頻器在穩(wěn)定性、可靠性上都有較好的口碑，但是這些變頻器隨著使用時(shí)間的增長，再好的產(chǎn)品也會(huì)損壞。國外進(jìn)口產(chǎn)品正因?yàn)槭窃谫|(zhì)量上有較好的口碑，不易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致用戶對其產(chǎn)品內(nèi)部的電控系統(tǒng)感到非常神秘，一旦出現(xiàn)故障只能有求于生產(chǎn)廠家，所以在技術(shù)上一直比較被動(dòng)。

當(dāng)今通用變頻器一般是由整流、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元、微處理單元等模式組成。市場上基本以這種交直交電壓型變頻器為主。它主要有三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。

因此“逆變單元”是變頻器要將直流功率變換為所要求頻率的交流功率的關(guān)鍵器件，以有序的時(shí)間控制六個(gè)IGBT導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到三相交流輸出。本文以PWM控制方式中市場擁有量最大的交直交變頻器進(jìn)行分析、研究，對經(jīng)常出現(xiàn)三相輸出不平衡故障的原因進(jìn)行探索及列出對策，主電路見下圖：

2變頻器輸出不平衡的原因與處理

（一）變頻器的逆變器基本工作原理

變頻器三相（U、V、W）交流輸出頻率波形質(zhì)量和電壓平衡的程度直接影響電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的狀態(tài)與電動(dòng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)影響變頻器的壽命，正常的變頻器，其交流輸出的波形應(yīng)該符合要求和電壓平衡，否則引起輸出不平衡，如過流、過壓、三相負(fù)載不平衡等故障出現(xiàn)。

逆變器主要是由主電路中的IGBT等功率開關(guān)器件構(gòu)成，給電動(dòng)機(jī)提供電壓、頻率可變的電源，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。而控制指令是由CPU主板產(chǎn)生的脈沖信號，通過驅(qū)動(dòng)該脈沖信號的傳輸電路：先將脈沖信號加到驅(qū)動(dòng)光耦的輸入腳，一般在輸入信號低電平期間使光耦內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光耦合，輸出高電平信號，然后去驅(qū)動(dòng)后置放大電路，提供正向偏流，經(jīng)兩級互補(bǔ)式電壓跟隨器的功率放大，最后引入IGBT的G極，IGBT開通；在輸入信號的高電平期間，當(dāng)轉(zhuǎn)為負(fù)壓輸出時(shí)，也經(jīng)驅(qū)動(dòng)后置放大電路提供了正向偏流，IGBT截止關(guān)斷。

驅(qū)動(dòng)電路工作狀態(tài)的正常與否，有著至關(guān)重要的作用，它只有一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)：能正常地傳輸和放大六路驅(qū)動(dòng)脈沖，輸出的六路驅(qū)動(dòng)脈沖，應(yīng)具備符合要求的電壓幅度和電流供給能力。否則逆變器工作狀態(tài)將直接影響三相輸出主電路的輸出平衡。

通過有序的導(dǎo)通與關(guān)斷六個(gè)功率IGBT，則可將直流功率變換為所要頻率的交流功率，見圖1等效圖。

圖1

圖1中，S1-S6組成了橋式逆變電路，IGBT工作必須經(jīng)逆變PWM脈沖傳輸驅(qū)動(dòng)電路。其PWM脈沖傳輸電路一般由CPU輸出的PWM信號、驅(qū)動(dòng)器/反相器電路、光耦、驅(qū)動(dòng)功率電路等部分組成。這六個(gè)IGBT通過驅(qū)動(dòng)電路，將主控電路中CPU產(chǎn)生的六個(gè)PWM信號，經(jīng)光電隔離和放大后，通過有序控制為逆變電路的換流器件（IGBT模塊）提供驅(qū)動(dòng)信號。經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后通過有序控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，使其導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)波形保持一致，這對輸出電壓的平衡尤其重要。

圖2是驅(qū)動(dòng)IGBT柵極的典型電路圖之一。

圖2

從主板過來的PWM脈沖信號，通過光電耦合器模塊產(chǎn)生信號，加到IGBT的柵極，使柵極驅(qū)動(dòng)電路開啟，輸出一個(gè)15V的正柵極電壓。這個(gè)值足夠使IGBT飽和，并使導(dǎo)通損耗最小。當(dāng)柵極電壓處于零時(shí)，為了保證IGBT可靠關(guān)斷，需要在柵極施加個(gè)一個(gè)關(guān)斷的反向偏壓，而應(yīng)用推挽式放大電路來提高輸出電流的能力，去匹配IGBT驅(qū)動(dòng)要求，以保證IGBT的開通關(guān)斷過程按時(shí)按序。

（二）變頻器輸出不平衡原因分析

在與企業(yè)的合作交流中，在保護(hù)檢測電路、負(fù)載正常情況下，U、V、W三相輸出不平衡主要可分為兩種情況：

1、當(dāng)電機(jī)抖動(dòng)，用萬用表測其三相輸出電壓是否平衡，如不平衡有可能是IGBT模塊損壞。IGBT模塊損壞的原因有多種，首先是外部負(fù)載發(fā)生故障而導(dǎo)致IGBT模塊的損壞，其次驅(qū)動(dòng)電路老化也有可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)波形失真，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電路一般都有問題，查找相應(yīng)的光耦、對管、穩(wěn)壓管、電解電容等元件。

2、變頻器操作面板顯示輸出缺相或報(bào)三相負(fù)載不平衡故障時(shí)，我們可以通過萬用表測量U、V、W對P之間的電壓比較，查找出哪相電壓不一致，然后用示波器和萬用表進(jìn)一步確認(rèn)導(dǎo)致這路驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)信號波形不正常的原因。

（三）變頻器三相輸出不平衡的處理

總之，解決以上情況的步驟是先檢查六路驅(qū)動(dòng)電路電壓是否正常，如哪路電壓不正常，再檢查相關(guān)的電解電容、光耦等，最后用示波器檢查六路波形是否符合技術(shù)要求，六路波形一致則三相輸出不平衡問題也就解決了。

1：考慮到推挽式輸出觸發(fā)電路中的電解電容一直處在脈沖高頻的工作環(huán)境下，在使用了幾年后其壽命終結(jié)期也快到了，再者電容異常引起波形失真的幾率較高，為了更有把握，可以把所有起平滑作用的電容全部更換。

2：當(dāng)逆變模塊損壞時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號電路、驅(qū)動(dòng)電源也會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞。先需確定驅(qū)動(dòng)電路令其正常輸出六路脈沖信號后，再更換逆變模塊。

3：用示波器檢查有關(guān)IGBT的驅(qū)動(dòng)波形，這是用V-695示波器測出的驅(qū)動(dòng)IGBT正常波形，這個(gè)值足夠使IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，此為最直觀檢查IGBT逆變工作是否正常的手段，波形正常，則輸出必平衡。

3 結(jié)論

通過對變頻器三相輸出不平衡的原因的分析、研究，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)信號及傳輸電路對IGBT有著至關(guān)重要的作用，驅(qū)動(dòng)信號的不良直接導(dǎo)致逆變電路的不正常。

IGBT驅(qū)動(dòng)信號電路是保障整臺(tái)變頻器正常運(yùn)行的關(guān)鍵，維修時(shí)一定要做到膽大心細(xì)，不能盲目的檢修。雖在檢修第一臺(tái)變頻器的三相輸出不平衡故障時(shí)，花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力去分析探索電路的工作原理，但是通過一次次故障維修逐漸積累了第一手難得的資料，為今后維修各種品牌的變頻器提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張選正 史步海.變頻器故障診斷與維修.電子工業(yè)出版社，2008年4月

第5篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

【關(guān)鍵詞】 煤礦 電機(jī) 轉(zhuǎn)子 位置檢測

隨著科技的高速發(fā)展及礦井科技含量的增加，我國煤礦安全生產(chǎn)形勢整體好轉(zhuǎn)，事故總量和百萬噸死亡率持續(xù)下降，但制約安全生產(chǎn)的事故隱患還沒有徹底排除，尤其是煤礦開采深度的增加，開采環(huán)境變得更加復(fù)雜，電氣設(shè)備的數(shù)量也不斷增加，煤礦井下安全生產(chǎn)形勢仍然嚴(yán)峻。井下電氣設(shè)備種類眾多，如輸配電設(shè)備、安全生產(chǎn)設(shè)備、排水救援設(shè)備和提升運(yùn)輸設(shè)備，其中提升運(yùn)輸設(shè)備是井下運(yùn)輸輸配電設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備、煤和人員的唯一通道，是保障井下安全生產(chǎn)的屏障和支撐。井下提升運(yùn)輸?shù)倪^程實(shí)質(zhì)上就是電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成被運(yùn)輸物的重力做功過程，電機(jī)的可靠動(dòng)作需要處理器發(fā)送信號控制驅(qū)動(dòng)電路的功率管合理導(dǎo)通，電機(jī)繞組按照固定順序通電產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，所以開展針對異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行研究，對于提高井下提升運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性及保障安全生產(chǎn)工作的順利開展具有十分重要的意義。

一、礦用提升運(yùn)輸用異步電機(jī)模型

三相異步電機(jī)是煤礦井下提升運(yùn)輸系統(tǒng)主要的動(dòng)力來源，在對理想的煤礦三相異步電機(jī)作如下假設(shè)：① 三相繞組完全對稱，氣隙磁場為方波，定子電流、轉(zhuǎn)子磁場均為對稱分布；② 忽略齒槽、電樞反應(yīng)和換相過程等的影響；③ 異步電機(jī)的電樞繞組在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布。

電機(jī)電壓平衡方程：

其中，Te是額定轉(zhuǎn)矩，TL是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J是電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的總和，ω是機(jī)械角速度。

二、橋式驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

橋式驅(qū)動(dòng)電路采用六個(gè)IGBT管兩兩串聯(lián)后并聯(lián)組成三個(gè)并聯(lián)支路，整流電路輸出端與三個(gè)支路并聯(lián)，三個(gè)支路的中點(diǎn)與電機(jī)的三相繞組A、B、C相連接，橋式驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示。通過控制IGBT管的導(dǎo)通順序來控制三相繞組的通電方向和順序，使電機(jī)產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩持續(xù)旋轉(zhuǎn)。因?yàn)槊旱V異步電機(jī)繞組換相時(shí)間短，電流大，所以橋式驅(qū)動(dòng)電路不僅需要承受瞬時(shí)大電流，還必須具有保護(hù)功能，能夠檢測系統(tǒng)過流、短路等故障，并發(fā)送故障信號，同時(shí)能夠在故障發(fā)生時(shí)快速切斷電機(jī)繞組電源，封鎖橋式驅(qū)動(dòng)電路的輸出。 （圖1）

煤礦異步電機(jī)采用三相六拍制兩兩導(dǎo)通的控制方式，電機(jī)旋轉(zhuǎn)3600的過程中需要經(jīng)歷六次換相，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要非同一橋臂的上、下兩個(gè)功率管導(dǎo)通，即導(dǎo)通情況為Q1+Q6、Q2+Q6、Q2+Q4、Q3+ Q4、Q1+Q5和 Q3+Q5，圖2功率管的導(dǎo)通時(shí)序圖。假如同一橋臂的功率管導(dǎo)通時(shí)間稍有交迭，相當(dāng)于將整流電路的輸出端直接短路，將會(huì)造成整流電路及相關(guān)電路的燒毀，所以橋式驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)絕對不允許同一橋臂上下兩個(gè)IGBT管同時(shí)導(dǎo)通。為了避免同一橋臂上下兩個(gè)IGBT管同時(shí)導(dǎo)通，在上下兩個(gè)開關(guān)管切換的瞬間加一小段時(shí)間的延時(shí)（死區(qū)時(shí)間），保證一只功率管導(dǎo)通時(shí)，與它同一橋臂的功率管處于關(guān)斷狀態(tài)。

圖2 功率管的導(dǎo)通順序

三、 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)

本文采用單功率管專用驅(qū)動(dòng)芯片K841L為核心設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，K841L輸入信號幅值4.5-7V或3-4.5V；可根據(jù)需要調(diào)節(jié)盲區(qū)時(shí)間、軟關(guān)斷的速度、故障后再次啟動(dòng)的時(shí)間；可以使用單一電源，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)有負(fù)壓分配器，減少了電路設(shè)計(jì)和元器件；關(guān)斷時(shí)輸出為負(fù)電平，抗干擾能力強(qiáng)；當(dāng)6 腳對 1 腳（即 IGBT 的發(fā)射極） 的電位升高到 到閾值時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部的保護(hù)機(jī)制。IGBT驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，其中Cc、Ce、Cp為濾波電容，高壓快恢復(fù)管D為隔離反饋二極管，本文選用FUR1100，電阻Rg為柵極電阻，控制柵極充放電的速度。（圖3）

四、結(jié)論

本文在闡述煤礦安全生產(chǎn)形勢和異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，開展礦用提升運(yùn)輸用異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究，分別設(shè)計(jì)了橋式驅(qū)動(dòng)電路和IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，并對電機(jī)的軟關(guān)斷技術(shù)進(jìn)行分析，本文的研究成果為礦用提升運(yùn)輸用異步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王成元，夏加寬，孫宜標(biāo).現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

第6篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

【關(guān)鍵詞】智能功率模塊;SPM;FSBB30CH60CT;自舉電路

Abstract：FSBB30CH60CT is an advanced motion SPM 3 Series that Fairchild has newly developed to provide a very compact and high performance inverter solution for AC motor drives in Low-Power applications such as air conditioners. This paper describes the working principle of module and the design of driver circuit.

Key words：Smart Power Module;SPM;FSBB30CH60CT;Bootstrap Circuit

引言

電機(jī)是各種電設(shè)備中的用電大戶，隨著節(jié)能成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，因此，提高電機(jī)能效成為重點(diǎn)研究技術(shù)。要降低能耗就要求把電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制做得更精密，更智能。通過功率模塊的控制，可以實(shí)現(xiàn)“弱電”控制“強(qiáng)電”，達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的目的。功率模塊根據(jù)頻率變化來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能，一般可以節(jié)能30%左右。

專注于功率半導(dǎo)體的飛兆半導(dǎo)體公司（Fairchild

Semiconductor Corporation）是一個(gè)熱衷推動(dòng)綠色節(jié)能的企業(yè)，其推出的智能功率模塊（Smart Power Module，SPM）產(chǎn)品FSBB30CH60CT（Motion SPM3系列產(chǎn)品之一）為低功率應(yīng)用（如空調(diào)、洗衣機(jī)）中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供了緊湊且高性能的逆變器解決方案。

1.FSBB30CH60CT的主要性能

Motion-SPM是一款超小型集成功率模塊，采用雙列直插式移模封裝，內(nèi)部集成了功率部件、上下橋臂柵極驅(qū)動(dòng)器及保護(hù)電路，用于驅(qū)動(dòng)AC100-220V低功耗電機(jī)。FSBB30CH60CT是其系列產(chǎn)品之一，組合了優(yōu)化的電路保護(hù)和驅(qū)動(dòng)功能，匹配低損耗IGBT，同時(shí)將欠壓閉鎖和過流保護(hù)功能集于一體，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性。內(nèi)部集成高速高壓電路（HVIC）為無光電耦合、單電源IGBT門極驅(qū)動(dòng)提供了可能，并縮減了逆變器系統(tǒng)的體積。

其內(nèi)部等效電路與輸入/輸出引腳如圖1所示?？梢钥闯?，它是由一個(gè)三相IGBT逆變器電路功率模塊和四個(gè)用于控制功能的驅(qū)動(dòng)IC組成。逆變器低端由三個(gè)配有續(xù)流二極管的IGBT組成，包括一個(gè)具有門極驅(qū)動(dòng)控制和保護(hù)功能的集成電路（IC）。逆變器高端由三個(gè)配有續(xù)流二極管的IGBT組成，每個(gè)IGBT分別由一個(gè)集成電路（IC）驅(qū)動(dòng)。逆變器的功率端是由逆變器的四個(gè)直流輸入端和三個(gè)輸出端組成。

1.1 主要特性

（1）使用Al2O3 DBC技術(shù)，熱阻很低。

（2）采用內(nèi)置自舉二極管，PCB布局簡單便捷。

（3）600V-30A三相IGBT逆變橋（包含用于門極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)的控制IC）。

（4）三個(gè)獨(dú)立負(fù)直流鏈路端子，用于實(shí)現(xiàn)逆變器的電流檢測。

（5）單接地電源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)置HVIC。

（6）絕緣等級為2500Vrms/min。

1.2 封裝形式

FSBB30CH60CT采用覆銅陶瓷基板（DBC）封裝（如圖2），這是一種特殊工藝，即在高溫下將銅箔直接鍵合到氧化鋁（AL2O3）或氮化鋁（ALN）陶瓷基片表面（單面或雙面）。所制成的超薄復(fù)合基板電絕緣性能好，導(dǎo)熱特性高，軟釬焊性優(yōu)異，附著強(qiáng)度高，同PCB板一樣能蝕刻出各種圖形，具有很大的載流能力，最高載流量可達(dá)100安培/毫米。

這種DBC封裝，不僅提高了功率密度，而且使得在獨(dú)立封裝中實(shí)現(xiàn)三相逆變器、SRM驅(qū)動(dòng)器和功率因數(shù)校正等成為可能。

2.驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

實(shí)際應(yīng)用中，智能功率模塊FSBB30CH60CT是CPU與電機(jī)之間的功率接口。使用FSBB30CH60CT設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)無刷直流電機(jī)控制電路如圖3所示。

圖1 FSBB30CH60CT的內(nèi)部等效電路圖

圖2 FSBB30CH60CT的封裝示意圖

圖3 實(shí)際應(yīng)用驅(qū)動(dòng)電路

功率模塊FSBB30CH60CT內(nèi)部集成了一個(gè)專用HVIC，因此無需任何光耦合器或變壓器隔離，其控制信號可直接與CPU相連，即允許6個(gè)輸入控制端直接連接CPU。這里采用了RC耦合電路，目的是防止信號震蕩，RC時(shí)間常數(shù)選擇在50150ns，耦合電路中R9R15采用100Ω，C17C23采用1nF。

SPM模塊的6腳VFO是故障輸出報(bào)警引腳，當(dāng)SPM發(fā)生短路電流保護(hù)或欠壓閉鎖時(shí)，就會(huì)通過該腳輸出低電平。VFO輸出為集電極開路輸出，因此需要一個(gè)約4.7kΩ的上拉電阻。VFO輸出的脈沖寬度取決于連接在CFOD（引腳7）和COM之間的外部電容C24，計(jì)算公式為，通常取C24為33nF，則為1.8ms。

SPM的應(yīng)用為減小電機(jī)體積并簡化設(shè)計(jì)提供了可能。與分立式解決方案相比，其寄生電感更小，可靠性也更高。

3.自舉電路設(shè)計(jì)

SPM功率模塊的驅(qū)動(dòng)電路采用單電源供電，為保證控制電源能夠?yàn)镻側(cè)功率器件提供正確的門極偏置電壓，同時(shí)保證直流母線上的高壓不致串到控制電源電路而燒壞元器件。這里采用自舉電路給高壓柵極驅(qū)動(dòng)集成電路（IC）的高端柵極驅(qū)動(dòng)電路供電。

3.1 自舉電路工作原理

為SPM內(nèi)的HVIC提供電源的是電壓VBS（VB與VS的電壓差）。這個(gè)電壓的大小必須控制在13.018.5V，以保證HVIC能夠完全驅(qū)動(dòng)高端IGBT1。通過自舉電源可產(chǎn)生VBS浮動(dòng)電壓，自舉電源電路由一個(gè)自舉二極管（DBS）、電阻（RBS）和電容（CBS）組成，如圖4所示。當(dāng)IGBT2開通時(shí)，VS通過地低端器件或負(fù)載被下拉到地端，VCC電源經(jīng)過自舉二極管（DBS）和電阻（RBS）對自舉電容器（CBS）充電，電流的流經(jīng)路線如圖4中虛線所示。這樣自舉電容CBS端電壓可保持在VCC，使得關(guān)閉IGBT2時(shí)，足夠驅(qū)動(dòng)IGBT1。初次自舉充電時(shí)，低端IGBT導(dǎo)通時(shí)間要足夠長，才能對自舉電容完全充電。

圖4 自舉電路工作原理圖

3.2 自舉電路參數(shù)設(shè)計(jì)

在圖3的應(yīng)用電路中有三路自舉電路，共用了一個(gè)電阻R8，由R8、D5、C9組成其中一路自舉電路。當(dāng)高端IGBT或二極管導(dǎo)電時(shí)，自舉二極管承受整個(gè)母線電壓。在功率模塊FSBB30CH60CT中，電源的最大額定值為450V，加上浪涌電壓50V，施加在二極管上的實(shí)際電壓為500V?？紤]100V的余量，自舉二極管所承受的電壓應(yīng)大于600V，因此，選用反向耐壓峰值為600V的快速二極管RS1J。

自舉電容的大小可根據(jù)以下公式計(jì)算：

上式中為CBS最大放電電流，為高端IGBT的最大導(dǎo)通脈沖寬度，為CBS允許的放電電壓。而IGBT的最大導(dǎo)通脈寬由PWM載波頻率和最大占空比決定?？紤]離散性和可靠性，實(shí)際選擇的自舉電容一般是計(jì)算值的2～3倍。例如若系統(tǒng)PWM載波頻率為8KHz，最大占空比為80%，則上橋臂最大導(dǎo)通時(shí)間為100s，選定ΔV=1V，=1mA，通過上式計(jì)算得到電容為0.1F，實(shí)際應(yīng)用中可選擇。

自舉電阻R8與自舉電容共同決定了自舉充電時(shí)間常數(shù)，同時(shí)R8還取決于外部門極電阻R5、R6、R7，可通過調(diào)節(jié)R5、R6、R7的阻值控制上橋臂IGBT開關(guān)過程中的dv/dt。因此為了避免外部門極電阻上的電壓降超過上橋臂功率器件門限電壓，通常選用的自舉電阻阻值為外部門極電阻的三倍以上。

4.短路電流保護(hù)電路

功率級電路中，高性能功率模塊自身保護(hù)是很重要的，尤其是短路保護(hù)。SPM短路觸發(fā)電平為0.5V左右，當(dāng)SPM檢測出8腳（Csc）的電壓超過0.5V時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)故障信號，通過6腳VFO故障輸出報(bào)警引腳輸出。SPM具有內(nèi)置短路電流保護(hù)功能，因此用于短路電流檢測的功率電阻的選擇就至關(guān)重要。在圖3所示應(yīng)用電路中，SPM通過電阻R14來檢測N側(cè)直流環(huán)節(jié)的線路電流，其大小選擇主要是依據(jù)模塊內(nèi)部保護(hù)電流值的大小進(jìn)行選擇。SPM短路觸發(fā)電平為0.5V左右，這里設(shè)定瞬時(shí)電流保護(hù)值為40A，經(jīng)計(jì)算選擇阻值為0.0125Ω，功率為10W的無感電阻。另外檢測電阻R14需要并聯(lián)一個(gè)小電容，用來消除上電瞬時(shí)大電流導(dǎo)致的電流保護(hù)誤操作。

R17、C25構(gòu)成濾波電路，RC的時(shí)間常數(shù)取決于實(shí)際應(yīng)用中的噪聲持續(xù)時(shí)間和芯片的短路電流耐受時(shí)間，為了確保安全的短路保護(hù)，應(yīng)控制時(shí)間常數(shù)在1s左右。

5.小結(jié)

相比于分立元件組合模式，智能功率模塊是將功率器件（IGBT）及其驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)功能集于一體的功率集成電路，其內(nèi)部包含了門極驅(qū)動(dòng)電路、過電流保護(hù)（OC）、短路保護(hù)（SC）、欠壓保護(hù)（UV）等多種保護(hù)電路以及故障檢測等。測試結(jié)果表明，模塊在可重復(fù)性、可靠性及性能方面均優(yōu)于等同的分立元件產(chǎn)品。

目前，許多諸如洗衣機(jī)、空調(diào)等家電產(chǎn)品中已經(jīng)使用該高性能功率模塊，使用效果良好，并降低了電機(jī)的能效，達(dá)到了節(jié)能的目的。隨著它的優(yōu)越性進(jìn)一步被市場檢驗(yàn)，必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]FAIRCHILD SEMICONDUCTOR FSBB30CH60CT[EB/OL].http：//.

[2]Fairchild Smart Power Module User’ s Guide[EB/OL].http：//.

第7篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

【關(guān)鍵詞】三相逆變電源;DSP IC;全數(shù)字控制;設(shè)計(jì)

在當(dāng)前，隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是逆變技術(shù)在多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對逆變電源的性能要求也較過去有了較大程度的提高，不僅要求輸出的波形質(zhì)量盡量好，而且對其穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的要求也日益更高。基于此，本研究成功設(shè)計(jì)了一種基于DSP IC全數(shù)字控制的三相逆變電源，現(xiàn)對其技術(shù)方案簡要陳述如下，以供業(yè)內(nèi)人士參考。

1.本三相逆變電源的總體設(shè)計(jì)思路

在本設(shè)計(jì)方案中，主要包括的幾個(gè)部分為：

①括主控制電路;

②驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路;

③工作電源;

④三相逆變電路;

⑤輸出濾波電路;

⑥穩(wěn)壓電路;

⑦前級處理電路。

其具體設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 三相逆變電源的總體設(shè)計(jì)思路

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制芯片的選擇及其特性簡述

本設(shè)計(jì)選用的是美國微芯科技公司生產(chǎn)的DSP IC數(shù)字信號控制器（DSC）為電源的主控芯片，同時(shí)該芯片為16位閃存單片機(jī)設(shè)計(jì)，其快速中斷處理能力與對設(shè)備的切斷功能均頗為強(qiáng)大，另還兼具了數(shù)字信號處理設(shè)備（DSP）的數(shù)據(jù)吞吐和運(yùn)算功能，進(jìn)而在運(yùn)算速度與數(shù)字信號處理方面有非常不錯(cuò)的表現(xiàn)，對指令的執(zhí)行速度甚至超過了30MIPS。此外，該芯片還配備了自編程閃存，可耐受的工作環(huán)境溫度可達(dá)到工業(yè)級。

2.2 電源開關(guān)元件的選擇及其特性簡述

本設(shè)計(jì)采用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為電源開關(guān)元件，IGBT不但具有效應(yīng)管（MOSFET）的高速開關(guān)功能，而且還具有電力晶體管（GTR）的低通壓降優(yōu)點(diǎn)，是一種集多方面優(yōu)點(diǎn)于一身的復(fù)合型開關(guān)元件。

2.3 主控制電路的設(shè)計(jì)

在主控制電路的設(shè)計(jì)中，將復(fù)位、晶振、六路PWM輸出以及報(bào)警等等多項(xiàng)功能考慮進(jìn)其中，具體詳見圖2所示。

圖2 主控制電路原理圖

2.4 逆變電源開關(guān)元件（IGBT）的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路在很大程度上影響著其開關(guān)時(shí)間、功耗以及承受短路電路的能力，是關(guān)系到IGBT靜、動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵部件，故其對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)尤為重要，本次詳細(xì)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖

2.5 逆變電源的保護(hù)電路設(shè)計(jì)

一旦出現(xiàn)輸入（出）電流與電壓不穩(wěn)定以及電源開關(guān)元件溫度過度升高的情況，有可能對整個(gè)逆變系統(tǒng)造成破壞性的損壞，故在本設(shè)計(jì)中，分別設(shè)計(jì)了電源的輸入過流保護(hù)電路（如圖4所示）與超溫保護(hù)電路（如圖5所示），其中，以超溫保護(hù)電路為例，一旦IGBT的溫度超過了額定溫度，主控芯片立即發(fā)出故障信號并自動(dòng)將所有的IGBT切斷，同時(shí)還將通過指示燈發(fā)出警報(bào)以提示已有異常發(fā)生。

圖4 輸入過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

圖5 超溫保護(hù)電路設(shè)計(jì)

2.6 逆變電路的穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，為便于逆變控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小及波形，繼而采用了閉環(huán)控制策略，具體詳見圖6所示。逆變電壓經(jīng)變壓器降壓整流后，再經(jīng)分壓電阻分壓采樣，形成閉環(huán)。

圖6 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)圖

3.軟件設(shè)計(jì)

綜合借助DSPIC對數(shù)字信號的處理功能及其快速的計(jì)算能力，同時(shí)采用了SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)，對六路PWM值實(shí)時(shí)計(jì)算，再將計(jì)算的結(jié)果傳輸?shù)絻?nèi)部的PWM控制模塊產(chǎn)生PWM波形。其中，開關(guān)頻率選用20kHz，其周期為50μs，通過軟件對所產(chǎn)生的PWM波形的正弦數(shù)值進(jìn)行分析并生成表格，將其提前存儲(chǔ)到控制芯片當(dāng)中。存儲(chǔ)正弦數(shù)字表為180個(gè)數(shù)值，根據(jù)波形的對稱性和三相相位相互差120度的特性，在0到180的正弦數(shù)值表中加入一定計(jì)算就可以得到所需要角度的對應(yīng)數(shù)值。控制芯片根據(jù)回饋采樣，利用PI調(diào)節(jié)，對正弦數(shù)值表中的每個(gè)值進(jìn)行重新計(jì)算后送如PWM模塊，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。同時(shí)每1毫秒對所有輸入采樣和各種保護(hù)進(jìn)行處理，若有保護(hù)信號動(dòng)作，立即關(guān)閉PWM模塊，使驅(qū)動(dòng)波形變?yōu)闊o效，進(jìn)而達(dá)到及時(shí)保護(hù)IGBT的目的。此外，為了最大程度減少啟動(dòng)器對器件產(chǎn)生的沖擊，本設(shè)計(jì)在軟件方面還特地增設(shè)了一個(gè)軟啟動(dòng)程序，進(jìn)而確保其輸出的電壓不會(huì)徒然升至過高。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7、圖8所示為經(jīng)過LC濾波前后的三相逆變電壓線電壓波形，頻率為50HZ，符合設(shè)計(jì)要求。

圖7 LC濾波前的逆變電壓波形

圖8 LC濾波后的逆變電壓波形

5.結(jié)束語

本研究成功設(shè)計(jì)了一種基于DSPIC的全數(shù)字控制三相逆變電源，其樣品目前已通過檢測，檢測結(jié)果顯示，本產(chǎn)品采用DSPIC進(jìn)行控制，其可控性、可靠性以及波形質(zhì)量與帶負(fù)載能力等，均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，建議將其作為新一代逆變電源產(chǎn)品進(jìn)行批量生產(chǎn)并推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

第8篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

引言

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，涉及到國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)。特別是近年來，隨著IGBT的廣泛應(yīng)用，開關(guān)電源向更大功率方向發(fā)展。研制各種各樣的大功率，高性能的開關(guān)電源成為趨勢。某電源系統(tǒng)要求輸入電壓為AC220V，輸出電壓為DC38V，輸出電流為100A，輸出電壓低紋波，功率因數(shù)>0.9，必要時(shí)多臺(tái)電源可以直接并聯(lián)使用，并聯(lián)時(shí)的負(fù)載不均衡度<5％。

圖1 UC3854A/B控制的有源功率因數(shù)校正電路

    設(shè)計(jì)采用了AC/DC/AC/DC變換方案。一次整流后的直流電壓，經(jīng)過有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，再經(jīng)半橋變換電路逆變后，由高頻變壓器隔離降壓，最后整流輸出直流電壓。系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)有DC/DC電路、功率因數(shù)校正電路、PWM控制電路、均流電路和保護(hù)電路等。

1 有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)

由于系統(tǒng)的功率因數(shù)要求0.9以上，采用二極管整流是不能滿足要求的，所以，加入了有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)。采用UC3854A/B控制芯片來組成功率因數(shù)電路。UC3854A/B是Unitrode公司一種新的高功率因數(shù)校正器集成控制電路芯片，是在UC3854基礎(chǔ)上的改進(jìn)。其特點(diǎn)是：采用平均電流控制，功率因數(shù)接近1，高帶寬，限制電網(wǎng)電流失真≤3％[1]。圖1是由UC3854A/B控制的有源功率因數(shù)校正電路。

圖2 主電路拓?fù)鋱D

    該電路由兩部分組成。UC3854A/B及外圍元器件構(gòu)成控制部分，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)輸入電流和輸出電壓的控制。功率部分由L2，C5，V等元器件構(gòu)成Boost升壓電路。開關(guān)管V選擇西門康公司的SKM75GB123D模塊，其工作頻率選在35kHz。升壓電感L2為2mH/20A。C5采用四個(gè)450V/470μF的電解電容并聯(lián)。因?yàn)椋O(shè)計(jì)的PFC電路主要是用在大功率DC/DC電路中，所以，在負(fù)載輕的時(shí)候不進(jìn)行功率因數(shù)校正，當(dāng)負(fù)載較大時(shí)功率因數(shù)校正電路自動(dòng)投入使用。此部分控制由圖1中的比較器部分來實(shí)現(xiàn)。R10及R11是負(fù)載檢測電阻。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，R10及R11上檢測的信號輸入給比較器，使其輸出端為低電平，D2導(dǎo)通，給ENA(使能端)低電平使UC3854A/B封鎖。在負(fù)載較大時(shí)ENA為高電平才讓UC3854A/B工作。D3接到SS（軟啟動(dòng)端），在負(fù)載輕時(shí)D3導(dǎo)通，使SS為低電平；當(dāng)負(fù)載增大要求UC3854A/B工作時(shí)，SS端電位從零緩慢升高，控制輸出脈沖占空比慢慢增大實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

2 DC/DC主電路及控制部分分析

2.1 DC/DC主電路拓?fù)?/p>

在大功率高頻開關(guān)電源中，常用的主變換電路有推挽電路、半橋電路、全橋電路等[2]。其中推挽電路的開關(guān)器件少，輸出功率大，但開關(guān)管承受電壓高（為電源電壓的2倍），且變壓器有六個(gè)抽頭，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；全橋電路開關(guān)管承受的電壓不高，輸出功率大，但是需要的開關(guān)器件多（4個(gè)），驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。半橋電路開關(guān)管承受的電壓低，開關(guān)器件少，驅(qū)動(dòng)簡單。根據(jù)對各種拓?fù)浞桨傅墓こ袒瘜?shí)現(xiàn)難度，電氣性能以及成本等指標(biāo)的綜合比較，本電源選用半橋式DC/DC變換器作為主電路。圖2為大功率開關(guān)電源的主電路拓?fù)鋱D。

圖3 PWM控制及驅(qū)動(dòng)圖

    圖2中V1，V2，C3，C4和主變壓器T1組成半橋式DC/DC變換電路。IGBT采用西門康公司的SKM75GB123D模塊，工作頻率定在30kHz。高頻變壓器采用國產(chǎn)鐵氧體EE85B磁芯，原邊繞組匝數(shù)為12匝，副邊兩個(gè)繞組均為6匝，變壓器無須加氣隙。在繞制變壓器時(shí)采用“三段式”方法繞制，以減少變壓器的漏感[3]。整流二極管采用快速二極管，以減小其反向恢復(fù)時(shí)間對輸出的影響。R1，C1，R2，C2為并在IGBT兩端的吸收電路。R5及C6和R6及C7為并在快恢復(fù)二極管兩端的吸收電路。R3和R4起到保證電容C3及C4分壓均勻的作用。CT為初級電流檢測用的電流互感器，作為電流控制時(shí)的電流取樣用。為了防止電源在運(yùn)行過程中產(chǎn)生偏磁，在原邊繞組串聯(lián)隔直電容C5，阻斷與不平衡伏秒值成正比的直流分量，平衡開關(guān)管每次不相等的伏秒值。C5采用優(yōu)質(zhì)CBB無感電容。變壓器的副邊采用全波整流加上兩級L—C濾波以滿足低輸出紋波的要求。電阻R7及R8為輸出電壓反饋采樣電阻。

2.2 PWM電路及IGBT的驅(qū)動(dòng)

系統(tǒng)的PWM部分采用電流型控制芯片UC3846組成波形產(chǎn)生電路[4]。圖3是大功率開關(guān)電源的PWM控制的電氣原理圖。

    R1和C2組成UC3846的振蕩器，振蕩頻率為f=2.2/R1C2。為了防止兩路開關(guān)管的互通，要設(shè)定兩路輸出都關(guān)斷的“死區(qū)時(shí)間”，它由振蕩鋸齒波的下降沿決定。從腳8經(jīng)R2及C1到腳4（SEN＋）作為UC3846電流控制的斜坡補(bǔ)償，以有效地防止次諧波振蕩。主電路電流信號經(jīng)電流互感器CT，橋式整流和阻容濾波后作為UC3846的電流反饋信號。UC3846對電流放大器的輸出電壓脈沖與最大電流限制值（由腳1電壓和電壓誤差放大器的輸出電壓確定）逐個(gè)地進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖開關(guān)電流超過最大電流限制時(shí)，UC3846將封鎖輸出脈沖，限制了開關(guān)電源的最大輸出電流。C5為實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的電容。UC3846的腳1電位低于0.5V時(shí)無脈寬輸出，在腳1接電容到地，開機(jī)后隨著電容的充電，電容電壓高于0.5V時(shí)有脈寬輸出，并隨著電容電壓的升高脈沖逐漸變寬，完成軟啟動(dòng)功能。

IGBT是一復(fù)合功率器件，集雙極型晶體管和功率MOSFET的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有電壓型控制，開關(guān)損耗小，通斷速度快，工作頻率高，器件容量大等優(yōu)點(diǎn)，很適合用于大功率電源變換器中，因此，近年來IGBT技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展[5]。專門用于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路很多，如富士公司的EXB841及EXB651系列，三菱公司的M57959L系列。它們都具有開關(guān)頻率高，驅(qū)動(dòng)功率大，過流過壓保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但必須要有專門的驅(qū)動(dòng)電源，因此，導(dǎo)致設(shè)備整體成本提高。脈沖變壓器也可以作為IGBT的驅(qū)動(dòng)，它有體積小，價(jià)格低，不需要額外的驅(qū)動(dòng)電源的優(yōu)點(diǎn)，但是直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖的前沿與后沿不夠陡，影響IGBT的開關(guān)速度。圖3所采取的驅(qū)動(dòng)電路具有開關(guān)頻率高，驅(qū)動(dòng)功率大，結(jié)構(gòu)簡單，且具有負(fù)壓關(guān)斷的特點(diǎn)。V1－V4，D2－D5構(gòu)成了脈沖變壓器的驅(qū)動(dòng)電路，適用于驅(qū)動(dòng)大功率的IGBT。D1和D6有利于V1－V4的關(guān)斷。當(dāng)PWM1為高，PWM2為低電平時(shí)，V1和V4導(dǎo)通；當(dāng)PWM1和PWM2均為低電平時(shí)，變壓器中由于漏感儲(chǔ)存的能量通過D3和D4進(jìn)行續(xù)流，使A點(diǎn)電位降至－0.7V，雖然這時(shí)PWM1為低電平但V1再次導(dǎo)通，則V1處于高頻通斷狀態(tài)而容易燒毀。PWM2由高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)V2存在同樣情況。加入D6可以使續(xù)流時(shí)A點(diǎn)電位鉗制在0V，從而有利于V1或V2的關(guān)斷。同理D1的作用是利于V3或V4的關(guān)斷。

2.3 均流環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

并聯(lián)運(yùn)行是電源技術(shù)的發(fā)展方向之一。欲使開關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行，做到各電源模塊之間的“均流”是關(guān)鍵。常用的均流方法有外特性下垂法、主從電源設(shè)置法、外部電路控制法、平均電流法、最大電流法[6]。分析各種均流方法可知，下垂法雖然簡單易行，但負(fù)載效應(yīng)指標(biāo)較差，均流精度太低；主從設(shè)置法和平均電流型自動(dòng)均流法都無法實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)，因?yàn)椋坏┲麟娫闯龉收希瑒t整個(gè)電源系統(tǒng)都不能正常工作，使電源模塊系統(tǒng)的可靠性得不到保證；外控法的控制特性雖好，但需要一個(gè)附加的控制器，并在控制器和每個(gè)單元電源之間有許多附加連線；而最大電流自動(dòng)均流法依據(jù)其特有的均流精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可以實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)等性能，越來越受到開發(fā)人員的青睞。UC3907是Unitrode公司根據(jù)最大電流法設(shè)計(jì)的均流控制芯片。圖4是采用UC3907設(shè)計(jì)的電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的均流環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)采用霍爾電流傳感器來檢測主電路輸出電流?；魻杺鞲衅鞯妮敵鼋?jīng)分壓與UC3907的腳2電流檢測相連。腳11為電壓反饋端，輸出端分壓得到的電壓與UC3907內(nèi)部的電壓放大器所接的基準(zhǔn)電壓（2.0V～2.1V）相比較后，輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大器作為系統(tǒng)UC3846的電壓反饋。腳15接均流母線。UC3907內(nèi)部的電流放大器將檢測到的電流信號放大20倍與均流母線上的信號比較。若大于均流母線上的信號，則母線上的電壓將由該電源決定，即“主控”；若調(diào)節(jié)器的輸出電流小于母線上的電流信號，即“輔控”時(shí)，調(diào)節(jié)器使電壓放大器的基準(zhǔn)電壓升高100mV，強(qiáng)迫系統(tǒng)的反饋電壓減小，通過UC3846的調(diào)節(jié)使該電源輸出電壓增加，從而自動(dòng)平衡電流。在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)主輔控狀態(tài)來回切換的情況。分析其原因發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在“輔控”狀態(tài)時(shí)，電流調(diào)節(jié)器使基準(zhǔn)電壓升高100mV的同時(shí)會(huì)使電流增大，當(dāng)電流大于母線電流信號時(shí)，致使該模塊變?yōu)椤爸骺亍薄６谙乱淮握{(diào)節(jié)時(shí)又變?yōu)椤拜o控”。這樣，就在主輔控狀態(tài)之間來化，造成系統(tǒng)并聯(lián)不穩(wěn)定。我們在腳14和腳6之間接一個(gè)電阻R3，使基準(zhǔn)電壓在升高時(shí)小于100mV，該模塊的輸出電流略微增加，不至于成為“主控”模塊。如果電阻選取得適當(dāng)，既能保證電源模塊并聯(lián)均流又不會(huì)發(fā)生主控、輔控交替現(xiàn)象。

    2.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

對于DC/DC電源產(chǎn)品都要求在出現(xiàn)異常情況（如過流、過載、過/欠壓）時(shí)，系統(tǒng)的保護(hù)電路工作，使變換器及時(shí)停止工作。但各種情況下的保護(hù)又不盡相同。一般說來，在過載、過流時(shí)，保護(hù)電路要?jiǎng)幼髑也恍枰詣?dòng)恢復(fù)；而過/欠壓則不同，在過/欠壓情況解除后要求系統(tǒng)能夠重新工作。圖5是系統(tǒng)的保護(hù)電路（主要是控制UC3846來停止半橋變換器工作）。UC3846的腳16（SHTDN）為關(guān)斷控制腳。當(dāng)出現(xiàn)過/欠壓（或過流、過載）時(shí)，可使U1(或U2)導(dǎo)通，D1（或D2）導(dǎo)通，則腳16為高電平使UC3846關(guān)斷，封鎖輸出脈沖。不同的是，過/欠壓電路使UC3846的腳1經(jīng)三極管V1接地。當(dāng)發(fā)生過/欠壓時(shí)，D1導(dǎo)通使腳16為高電平，在UC3846關(guān)斷的同時(shí)，V1導(dǎo)通，將UC3846內(nèi)部腳16所接的晶閘管短接，使其承受負(fù)壓關(guān)斷。這樣在過/欠壓解除后UC3846能夠重新輸出脈沖使變換器工作。而在過流、過載情況出現(xiàn)時(shí)C3846封鎖輸出脈沖，在封鎖解除時(shí)脈沖不能恢復(fù)。

3 各部分電路波形

研制成功的試驗(yàn)樣機(jī)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的各部分波形如圖6及圖7所示。

第9篇：igbt驅(qū)動(dòng)電路范文

絕緣柵雙極晶體管（IGBT， Insulated-Gate Bipolar Transistor）需要充分的保護(hù)以避免短路、過載和過電壓等錯(cuò)誤情況所造成的損壞和故障，這些保護(hù)是確保如電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用安全穩(wěn)定電源轉(zhuǎn)換運(yùn)作的重要關(guān)鍵。要檢測過電流和過載情況，具有快速響應(yīng)或快速錯(cuò)誤反饋的隔離放大器可以應(yīng)用于輸出相位和直流母線電壓檢測上，本篇文章將討論如何使用這類器件來保護(hù)IGBT避免受到電流過高和過電壓等情況的影響。

介紹

圖1a顯示了交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中電源轉(zhuǎn)換的典型框圖，其中包含把直流母線電壓轉(zhuǎn)換為以不同頻率交流電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器。IGBT為形成變頻器核心的昂貴功率開關(guān)，這些功率器件必須以高頻率運(yùn)行并且能夠承受高電壓。

隔離放大器，如圖1b中的ACPLC79A可以和分流電阻一起工作，提供即使存在高開關(guān)噪聲情況下的電源轉(zhuǎn)換器精確電流測量，和電阻分壓器一起使用時(shí)，隔離放大器可以作為檢測直流母線電壓的精密電壓傳感器，由隔離放大器提供的電流和電壓信息通過微控制器搜集，并使用這些數(shù)據(jù)計(jì)算出反饋值以及有效控制和錯(cuò)誤管理電源轉(zhuǎn)換器所需的輸出信號。

錯(cuò)誤保護(hù)要求

變頻器中IGBT是最昂貴的器件，因此必須盡可能提供保護(hù)，Avago公司的隔離放大器產(chǎn)品提供有錯(cuò)誤情況的快速感應(yīng)以及可以避免錯(cuò)誤情況造成IGBT故障的微控制器算法，另外，隔離放大器中的光學(xué)隔離也可以避免錯(cuò)誤情況造成微控制器過載而引發(fā)故障。

不過IGBT的保護(hù)必須以高成本效益方式進(jìn)行，市場持續(xù)尋求不會(huì)大幅度影響電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體成本，但能夠提供充分IGBT錯(cuò)誤保護(hù)的產(chǎn)品。為了滿足這個(gè)需求，IGBT柵極驅(qū)動(dòng)器，如ACPL-332J和帶有保護(hù)功能的電流傳感器產(chǎn)品已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)在市場上，除驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)功能外加入了基本的錯(cuò)誤檢測功能。這些產(chǎn)品提供實(shí)現(xiàn)IGBT保護(hù)的高成本效益方案，免去獨(dú)立檢測和反饋部件需求，請參考ACPL-332J產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊及相關(guān)文章中有關(guān)集成到Avago柵極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的保護(hù)功能以及如何把這些功能應(yīng)用于IGBT保護(hù)。本文的其他部分將聚焦于可由表1中所列出電流和電壓傳感器實(shí)現(xiàn)的部分錯(cuò)誤保護(hù)功能。

IGBT的過電流情況可能因相位問短路、接地短路或直通所引起，輸出相位和直流母線上的分流電阻加上隔離放大器電流感應(yīng)器件提供了電流測量外的錯(cuò)誤檢測功能，請參考圖1。典型的IGBT短路承受時(shí)間可以達(dá)到10μs，為了確保有效的保護(hù)，絕對不能超出這個(gè)限制。在有限時(shí)間內(nèi)錯(cuò)誤必須被檢出，然后反饋給微控制器，并于時(shí)限內(nèi)完成關(guān)斷程序，要達(dá)到這個(gè)要求，隔離放大器可以使用不同的方法。

例如ACPL C79A擁有單階躍輸入1.6μs的快速響應(yīng)時(shí)間，允許隔離放大器在短路和過載情況下獲取瞬變信息，請參考圖2。中點(diǎn)的輸入到輸出信號傳遞延遲只有2μs，輸出信號跟上輸入的反應(yīng)時(shí)間僅2.6μs即可達(dá)到最終水平的90%。

除了快速響應(yīng)時(shí)間外，ACPLC79A提供有±1%增益精確度，0.05%的卓越非線性和60dB的信噪比（SNR， Signal-to-Noise Ratio）。ACPLC79B則提供±0.5%的更高增益精確度，ACPL-C790的增益精確度為±3%。所有ACPL-C79A系列器件都通過1230Vpeak最高工作絕緣電壓認(rèn)證，并具備高達(dá)15kV/“s的共模瞬變噪聲抑制能力，這些功能通過尺寸比標(biāo)準(zhǔn)DIP-8封裝小30%的延展型SO-8封裝提供。

另一個(gè)例子為Avago的HCPL788J，使用了不同的方式達(dá)到過電流檢測的快速響應(yīng)，請參考圖3。除了信號數(shù)輸出引腳外，它還提供了一個(gè)會(huì)在錯(cuò)誤情況發(fā)生時(shí)快速由高電平變?yōu)榈碗娖降腇ault引腳指出過電流情況，這款隔離放大器提供±3%的測量精確度。

在錯(cuò)誤反饋設(shè)計(jì)上，一個(gè)必須注意處理的問題是意外觸發(fā)，意外觸發(fā)為無明顯錯(cuò)誤情況下產(chǎn)生的錯(cuò)誤檢測觸發(fā)動(dòng)作，可能會(huì)損壞IGBT。為了避免錯(cuò)誤觸發(fā)，HCPL-788J采用脈沖鑒別電路來有效屏蔽電流（di/dt）和電壓（dv/dt）變化浪涌的影響。這個(gè)方法的好處是抑制能力不會(huì)受到振幅大小的影響，這代表了錯(cuò)誤閥值可以設(shè)定在低上許多的水平而不會(huì)提高意外觸發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

要實(shí)現(xiàn)達(dá)成快速錯(cuò)誤檢測的電路，錯(cuò)誤檢測方塊中使用兩個(gè)比較器來檢測正向和負(fù)向閡值，開關(guān)切換閡值等于256mV的Sigma-Delta調(diào)制器參考，這些比較器的輸出連接到消隱期為2μs的消隱濾波器，接著再送到編碼器方塊。

為了確保錯(cuò)誤狀態(tài)可以快速通過隔離屏障傳遞，使用兩個(gè)獨(dú)特的數(shù)字編碼序列代表錯(cuò)誤情況，一個(gè)代表正向，一個(gè)代表負(fù)向。當(dāng)檢出錯(cuò)誤情況時(shí)，光通道上正常的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)被中斷，并以錯(cuò)誤編碼序列位元流取代，這兩個(gè)錯(cuò)誤碼在設(shè)計(jì)上和普通編碼方式顯著不同，因此檢測器端可以在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)立即檢出。

解碼器檢測并把錯(cuò)誤情況通過隔離屏障傳送需要的時(shí)間大約在1μs，加上400ns的抗混疊濾波器延遲帶來約1.4μs的傳播延遲。由錯(cuò)誤情況發(fā)生到錯(cuò)誤信號輸出總延遲時(shí)間為傳播延遲和消隱時(shí)間2μs的總合，帶來共3.4μs的總體錯(cuò)誤檢測時(shí)間，請參考圖4。

Fault錯(cuò)誤輸出腳位允許多個(gè)器件的錯(cuò)誤信號連接在一起，使得多個(gè)器件可以通過線與（wire-ORed）方式產(chǎn)生單一錯(cuò)誤信號輸出，請參考圖5右上部分，之后這個(gè)信號可以通過控制器直接禁用PWM輸入。

過載檢測

過載情況為電機(jī)電流超過驅(qū)動(dòng)額定電流大小，但未達(dá)到使變頻器或電機(jī)立即損壞危險(xiǎn)的情況，例如因軸承損壞造成的電機(jī)機(jī)械過載或電機(jī)堵轉(zhuǎn)。

變頻器通常會(huì)在正常規(guī)格外加入過載規(guī)格，可允許的過載時(shí)間依溫度過熱真正造成影響的時(shí)間決定，典型的過載規(guī)格大約為處于正常負(fù)載的1.5倍達(dá)1分鐘時(shí)間長度。

Avago的ACPL-C79A可以接受±300mV全幅輸入，產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊中的數(shù)據(jù)以±200mV正常輸入范圍為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)工程師擁有選擇兩個(gè)數(shù)據(jù)或之間過載閡值的靈活度。如果和正常工作電流比較，過載電流的測量精確度較不嚴(yán)格，而這正是普遍情況，那么把閡值設(shè)定在接近300mV為能夠使用完整隔離放大器動(dòng)態(tài)范圍的良好選擇，然而把閡值設(shè)定在200mV則可以確保過載電流測量的精確度。決定電壓大小后，設(shè)計(jì)工程師必須依相對電流大小選擇合適的感應(yīng)電阻值。

Avago的HCPL-788J還包含一個(gè)額外功能，也就是ABSVAL輸出，可以用來簡化過載檢測電路。ABSVAL電路可以對輸出信號進(jìn)行整型，并依下列公式提供正比于輸入信號絕對值的輸出信號：

ABSVAL=|VIN|xVREFEXT/252mV

輸出當(dāng)然也可以使用線與方式連接，當(dāng)結(jié)合3個(gè)正弦電機(jī)相位時(shí)，經(jīng)整流的輸出ABsVAL基本上是一個(gè)代表電機(jī)RMS電流的直流信號，這個(gè)直流信號和閡值比較器可以在電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電路受到傷害前指出過載情況，請參考圖5右下部分。

過電壓檢測

直流母線電壓必須持續(xù)受到控制，在某些工作情況下，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)把高電壓通過變頻器的功率器件和回復(fù)二極管送回到直流母線，這個(gè)高電壓會(huì)加到直流母線電壓上形成IGBT上的超高電壓浪涌，這個(gè)浪涌可能會(huì)超出IGBT的最大集電極到發(fā)射極電壓而造成損壞。

微型化隔離放大器ACPL-C79A經(jīng)常被使用在直流母線監(jiān)測應(yīng)用上作為電壓傳感器，如圖6所示。設(shè)計(jì)工程師必須通過依適當(dāng)比例選擇的R1和R2電阻值調(diào)整直流母線電壓以適應(yīng)隔離放大器的輸入電壓范圍。