標(biāo)題: 集成化IGBT專用驅(qū)動(dòng)器EXB841電路圖與原理詳細(xì)介紹 [打印本頁]

作者: dfalfja    時(shí)間: 2018-9-4 20:37
標(biāo)題: 集成化IGBT專用驅(qū)動(dòng)器EXB841電路圖與原理詳細(xì)介紹
集成化IGBT 專用驅(qū)動(dòng)器EXB841
 
    EXB 系列驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下:
     腳 1 :連接用于反向偏置電源的濾波電容器;
     腳     2 :電源(    +   20V );
     腳 3 :驅(qū)動(dòng)輸出;
     腳 4 :用于連接外部電容器,以防止過流保護(hù)電路誤動(dòng)作(大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器);
     腳 5 :過流保護(hù)輸出;
     腳 6 :集電極電壓監(jiān)視;
     腳 7 、 8 :不接;
     腳 9 :     電源;
     腳   10 、    11 :不接;
     腳   14 、    15 :驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入(一,+);
     由于本系列驅(qū)動(dòng)器采用具有高隔離電壓的光耦合器作為信號(hào)隔離,因此能用于交流   3 80V 的動(dòng)力設(shè)備上。
    IGBT 通常只能承受 10us 的短路電流,所以必須有快速保護(hù)電路。 EXB 系列驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)有電流保護(hù)電路,根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與集電極之間的關(guān)系檢測(cè)過電流,其檢測(cè)電路如圖 2 - 66 。所示。當(dāng)集電極電壓高時(shí),雖然加入信號(hào)也認(rèn)為存在過電流,但是如果發(fā)生過電流,驅(qū)動(dòng)器的低速切斷電路就慢速關(guān)斷   IGBT ( < loUs 的過流不響應(yīng)),從而保證 1GBT 不被損壞。如果以正常速度切斷過電流,集電極產(chǎn)生的電壓尖脈沖足以破壞    IGBT ,關(guān)斷時(shí)的集電極波形如圖     2 -  6 6b所示.
    IGBT 在開關(guān)過程中需要一個(gè)十  15V 電壓以獲得低開啟電壓,還需要一個(gè)一 5V 關(guān)柵電壓以防止關(guān)斷時(shí)的誤動(dòng)作。這兩種電壓    (+ 15V 和一 5V )均可由 20v 供電的驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電路產(chǎn)生,如圖 2--6 6C 所示。
EXB841剖析
為了更好地應(yīng)用   IGBT ,有關(guān)專家對(duì) EXB841 作了解剖,經(jīng)反復(fù)測(cè)試、整理,得到   EXB841 的原理圖,如    圖 2 - 67 所示。圖中參數(shù)均為實(shí)際測(cè)得,引腳標(biāo)號(hào)與實(shí)際封裝完全相同。  

   EXB841 由放大部分、過流保護(hù)部分和   5V 電壓基準(zhǔn)部分組成。     放大部分由光耦合器 IS01( TLP550 )、 V2 、 V4 、 V5 和 R1 、 C1 、 R2 、 R9 組成,其中 IS01 起隔離作用, V2 是中間級(jí), V4 和 V5 組成推挽輸出。
     過流保護(hù)部分由   V1 、    V3 、    VD6 、   VZI 和  C2 、    R3 、    R4 、   R5 、    R6 、
C3 、 R7 、 R8 、 C4 等組成。它們實(shí)現(xiàn)過流檢測(cè)和延時(shí)保護(hù)功能。 EXB84l 的腳 6 通過快速二極管 VD7 接至 IGBT 的集電極,顯然它是通過檢測(cè)電壓  Uce 的高低來判斷是否發(fā)生短路。                      5V 電壓基準(zhǔn)部分由 r10,  VZ2 和  C5 組成,既為驅(qū)動(dòng)  IGBT 提供一 5V 反偏壓,同時(shí)也為輸入光耦合器 IS01 提供副方電源。


IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求
    (1)觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度,即脈沖前后沿要陡峭;
    (2)柵極串連電阻Rg要恰當(dāng)。Rg過小,關(guān)斷時(shí)間過短,關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過高;Rg過大,器件的開關(guān)速度降低,開關(guān)損耗增大;
    (3)柵射電壓要適當(dāng)。增大柵射正偏壓對(duì)減小開通損耗和導(dǎo)通損耗有利,但也會(huì)使管子承受短路電流的時(shí)間變短,續(xù)流二極管反向恢復(fù)過電壓增大。因此,正偏壓要適當(dāng),通常為+15V。為了保證在C-E間出現(xiàn)dv/dt噪聲時(shí)可靠關(guān)斷,關(guān)斷時(shí)必須在柵極施加負(fù)偏壓,以防止受到干擾時(shí)誤開通和加快關(guān)斷速度,減小關(guān)斷損耗,幅值一般為-(5~10)V;
    (4)當(dāng)IGBT處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時(shí),能在IGBT允許時(shí)間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動(dòng)抑制故障電流,實(shí)現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸入信號(hào)的消失而受到影響。
    當(dāng)然驅(qū)動(dòng)電路還要注意像防止門極過壓等其他一些問題。日本FUJI公司的EXB841芯片具有單電源、正負(fù)偏壓、過流檢測(cè)、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性,是一種比較典型的驅(qū)動(dòng)電路。其功能比較完善,在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛[2,3,4]。
    3 驅(qū)動(dòng)芯片EXB841的控制原理
                            圖 1 EXB841的工作原理
     圖1為EXB841的驅(qū)動(dòng)原理[4,5]。其主要有三個(gè)工作過程:正常開通過程、正常關(guān)斷過程和過流保護(hù)動(dòng)作過程。14和15兩腳間外加PWM控制信號(hào),當(dāng)觸發(fā)脈沖信號(hào)施加于14和15引腳時(shí),在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓;當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時(shí),在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。過流保護(hù)動(dòng)作過程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓Uce的大小判定是否過流而進(jìn)行保護(hù)的,Uce由二極管Vd7檢測(cè)。當(dāng)IGBT開通時(shí),若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障,Uce會(huì)上升很多,使得Vd7截止,EXB841的6腳“懸空”,B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開始由約6V上升,當(dāng)上升至13V時(shí),Vz1被擊穿,V3導(dǎo)通,C4通過R7和V3放電,E點(diǎn)的電壓逐漸下降,V6導(dǎo)通,從而使IGBT的GE間電壓Uce下降,實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷,完成EXB841對(duì)IGBT的保護(hù)。射極電位為-5.1V,由EXB841內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管Vz2決定。

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