【導(dǎo)讀】本文針對IGBT的驅(qū)動過流保護(hù)問題，設(shè)計出模塊驅(qū)動過流保護(hù)電路、分離元件驅(qū)動過流保護(hù)電路。文中詳細(xì)分析了兩種不同的驅(qū)動過流保護(hù)電路的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。下面就跟小編一起回顧。
IGBT因其飽和壓降低和工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)而成為大功率開關(guān)電源等電力電子裝置的首選功率器件，但I(xiàn)GBT和晶閘管一樣，其抗過載能力不高。因此，如何設(shè)計IGBT的驅(qū)動過流保護(hù)電路，使之具有完善的驅(qū)動過流保護(hù)功能，是設(shè)計者必須考慮的問題。
1、驅(qū)動過流保護(hù)電路的驅(qū)動過流保護(hù)原則
IGBT的技術(shù)資料表明，IGBT在10μS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)動過流保護(hù)電路的設(shè)計原則為：一、當(dāng)過電流值小于2倍額定電流值時，可采用瞬時封鎖柵極電壓的方法來實(shí)現(xiàn)保護(hù)；二、當(dāng)過電流值大于2倍額定電流值時，由于瞬時封鎖柵極電壓會使di/dt很大，會在主回路中感應(yīng)出較高的尖峰電壓，故應(yīng)采用軟關(guān)斷方法使柵極電壓在2μS—5μS的時間內(nèi)降至零電壓，至最終為-5伏的反電壓；三、采用適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動電壓。基于上述思想，驅(qū)動過流保護(hù)電路現(xiàn)分為分離元件驅(qū)動過流保護(hù)電路和模塊驅(qū)動過流保護(hù)電路。
2、驅(qū)動過流保護(hù)電路的設(shè)計
以多電源驅(qū)動過流保護(hù)電路為例，分離元件驅(qū)動過流保護(hù)電路如圖1。圖1中，T1、T4和T5構(gòu)成IGBT的驅(qū)動電路，DZ1、T3、D2、C4構(gòu)成延時降壓電路。T6、555集成電路和光耦LP2構(gòu)成延時電路。在正常開通時，T1和T4導(dǎo)通，由于D1和R6的作用，B點(diǎn)電路不會超過DZ1擊穿電壓，此時T3截止，D點(diǎn)電位不會下降，延時電路不延時，T2截止。當(dāng)IGBT流過短路電流時，IGBT的集射極壓降上升，此時C點(diǎn)電位上升，上升時間t1由式（1）求得。
2、1 分離元件驅(qū)動過流保護(hù)電路
此外，單電源驅(qū)動過流保護(hù)電路的原理與上述多電源驅(qū)動過流保護(hù)電路類似。
還應(yīng)注意：（1）選擇合適的柵極驅(qū)動電壓值；正電壓值一般在12V—15V為宜，12V最佳，反向電壓一般在5V—10V；
（2）選擇合適的柵極串聯(lián)電阻值，一般選幾歐姆到十幾歐姆；
（3）選擇合適的柵射極并聯(lián)電阻值或穩(wěn)壓二極管。
從上述分析可知，分離元件驅(qū)動過流保護(hù)電路復(fù)雜，但設(shè)計靈活。
以EXB841系列為例，模塊驅(qū)動過流保護(hù)電路如圖2。圖2中，9腳為參考地，2腳電位為20V，1腳電位為5V，當(dāng)14腳、15腳之間加上高電平驅(qū)動信號時，EXB841中的互補(bǔ)輸出級中的上管導(dǎo)通，IGBT導(dǎo)通；反之，輸入為低電平時，IGBT關(guān)斷。EXB841內(nèi)部過流保護(hù)電路通過檢測IGBT的集射極電壓Vce來判斷IGBT是否過流，其判斷公式為：
Vce+V1+VD≥V2（4）
式（4）中，V1為1腳電位；VD為6腳所接二極管D導(dǎo)通壓降；V2為EXB841內(nèi)部二極管擊穿電壓。如設(shè)V1=5V，VD=1V，V2=13V，即Vce=7V時，為過流保護(hù)電壓閥值，當(dāng)Vce＜7V時保護(hù)電路不工作，其保護(hù)功能為：當(dāng)過流時降低柵射極驅(qū)動電壓，并與慢關(guān)斷技術(shù)相結(jié)合〔11〕。在檢測到短路2μS后，開始降低柵極驅(qū)動電壓，10μS內(nèi)降到OV。在這段時間內(nèi)，若短路現(xiàn)象消除，柵極驅(qū)動電壓恢復(fù)到正常值；若故障仍存在，則5腳輸出故障信號，通過一定時間的延遲后，IGBT的柵射極電壓最終為-5伏，同時封鎖輸入信號，這樣避免立即停止輸入信號造成硬關(guān)斷，產(chǎn)生過電壓擊穿IGBT。其不足之處為：一、負(fù)柵壓過低，降低了IGBT的可靠性；二、沒有過流信號鎖定功能，一旦發(fā)生過流故障，并不能在當(dāng)前工作周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)延時保護(hù)關(guān)斷。
另外，IR系列、M579系列和VC37系列模快驅(qū)動器的原理與EXB841類似，此處不再贅述。
以上介紹了幾種IGBT驅(qū)動過流保護(hù)電路。分離元件驅(qū)動過流保護(hù)電路復(fù)雜，但設(shè)計靈活、保護(hù)功面，模塊驅(qū)動過流保護(hù)電路使電路的設(shè)計簡化并具備了一定的保護(hù)功能，但這些保護(hù)功能是有限的，用時，還要考慮擴(kuò)展其功能。至于實(shí)際應(yīng)用中采用哪一種方法，應(yīng)視實(shí)際情況而言。
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