大功率IGBT

分类

　　按照大功率 igbt 驱动保护电路能够完成的功能来分类,可以将大功率 igbt 驱动保护电 路分为以下三种类型:单一功能型,多功能型,全功能型.

　　1 单一功能型

　　单一功能型的大功率igbt驱动保护电路一般是由光耦和功率缓冲器构成, hcpl-3150如等,如图1所示.它将普通控制信号的 ttl/cmos 输入电平信号转变为正负十几伏的 igbt 门 极驱动输出电平,正负电平的幅值取决于隔离电源.

　　工程师进行设计时可将它配上隔离电源电路,死区控制电路,逻辑处理电路,门极驱动 电阻等,就可直接驱动 igbt,形成最简单的大功率 igbt 驱动保护电路;也可以自己配上一些 外围电路形成多功能型驱动器. 单一功能型的大功率 igbt 驱动保护电路的优点是应用灵活,成本较低.它既可以 应用于诸如斩波,boost 等需要单只 igbt 运行的主回路,也可以应用于由多只 igbt 组成的半 桥,单相全桥,三相全桥等主回路.由于需要另配隔离电源电路,逻辑处理电路等,所以留 给设计工程师的开发任务量大,这也是单一功能型的大功率 igbt 驱动保护电路的缺点. 这里的逻辑处理电路一般是指上电顺序逻辑及各类保护处理等功能.

　　此外像 hcpl-3150 等驱动器的驱动能力有限,一般都在3a以下,如果驱动600a以上的igbt就需要外接更大的功率缓冲电路或采取其它措施.

　　2 多功能型

　　多功能型的大功率 igbt 驱动保护电路除了提供直接驱动 igbt 的功能之外,还可以提供 完善的保护功能,如 hcpl-316j, m57962 等,如图 2和图 3所示,它们一般采用混合厚膜 封装技术或者采用集成封装技术, 可以直接兼容 cmos/ttl 电平.工程师进行设计时一般只需 要配上隔离电源电路,死区控制电路,逻辑处理电路,门极驱动电阻等,就可以成为一个较 为完整的大功率 igbt 驱动保护电路.

　　m57962,hcpl-316j 等驱动器本身具有较完整的保护功能,集成度高.其的优点是 使开发人员的工作得到简化,而且可靠性高,非常适于多路驱动的场合.但是由于它们的驱 动能力也有限,如果驱动更高功率的 igbt,也需要外接更大的功率缓冲电路. m57962, hcpl-316j 等驱动器一般提供软关断功能, 在需要保护 igbt 退出过流, 短路状态时, 这个功能非常重要,它可以使 igbt 的 npnp 四层结构免于进入"可控硅栓锁"状态.此外像 hc pl-316j 等驱动器还具备欠压锁定保护功能,这大大简化了设计者的工作.

　　3 全功能型

　　全功能型的大功率 igbt 驱动保护电路除了具有各类完善的保护功能之外,还都无一例 外地配置了 dc/dc 隔离电源,如 2sd315ai(concept),skypertmpro(semikron),2ed300c17 -s(eupec)等,如图 4所示.都是目前国际上着名的全功能型驱动器.

驱动技术

　　1 门极驱动电压提升

　　目前 igbt 的开通电压一般采用+15v 电压源驱动, 有人已经提出发展恒流源驱动的方法, 认为可以克服 igbt 的"米勒"电容效应,使 igbt 的导通更加可靠.igbt 的关断电压从最初的 0 v,到后来的-7v 左右,低频下普遍使用-15v.

　　2 逐个脉冲软关断

　　现在大部分大功率 igbt 驱动保护电路在正常运行时的关断方式为硬关断,只有在出现 过流的情况下才会采用软关断的方式.而在感性负载情况之下,igbt 关断之后为了保持电流 的连续性, 必然会有一只续流二极管导通, 此时会在功率母线的寄生电感上产生一个尖峰电 压:δv=l×di/dt,除了寄生电感 l 及关断电流的大小影响之外,如果硬关断越快,即 dt 越小, 则尖峰电压 δv 越高.而对于应用在较低频状况下的大功率 igbt,由于电流在几百安培,所 以逐个脉冲进行软关断将会大大降低尖峰电压 δv,使尖峰电压 δv 产生的干扰会大幅减小, 可以提高系统的可靠性.一些 igbt 生产厂商也在着手开发具有软关断特性的 igbt 芯片.

　　3 过流检测保护阈值(参考基准)设置方法

      当前大部分大功率 igbt 驱动保护电路对过流检测的保护阈值只有一个,一般常规值设 在 7v～9v.为了防止误报警,出现了一些不同的阈值设置方法.

　　变阈值设置方法:在 igbt 从截止状态刚刚进入饱和状态期间(约几个微秒至十几个微秒), 保护阈值可以从 15v(或者更高)按照一定的曲线降至常规设置值,可以避免在此期间的扰动 的伪信号造成误报警; 多阈值设置方法:为了更为符合实际的工况应用情况,降低停机率,可以采用多阈值保 护.比如 igbt 的饱和压降达到阈值时,采用降低栅极电压的处理方式;达到更高的第二 阈值时,才彻底关断 igbt.

　　4 更加贴近驱动对象

　　目前,针对各种工况下使用的 igbt,例如高压变频器,ups,逆变焊机等应用场合,均 有不同的大功率 igbt 驱动保护电路推出.这些驱动器的原理大致相同,但更加贴进各自的 驱动对象.

　　5 与智能功率模块(ipm)分别在不同的功率领域并行发展

　　ipm 内部集成了驱动电路,只需提供控制信号即可工作,主要应用中小功率场合;而大 功率 igbt 驱动保护电路一般用于大功率场合,对大功率的 igbt 进行驱动.随着 igbt 生产工 艺,硅片技术,驱动技术的不断进步和发展,大功率 igbt 驱动保护电路与 ipm 均在各自的 功率领域并行发展.