IGBT培训讲稿

庞忠浩2012 08 24 IGBT驱动培训讲稿 STEP002527 目录 第一讲驱动电路基本要求第二讲关键器件选择第三讲我公司目前使用的驱动电路分析4 15 5kw 22kw使用的驱动电路分析4 230kw以上使用的驱动电路分析4 3高压 伺服 690V驱动电路分析 第一讲IGBT驱动电路的基本要求 对于用来驱动IGBT的电路而言 应根据栅极对驱动信号的要求 而具备下列一些性质 1 一个理想的驱动电路应具有较强的动态驱动能力 2 能向IGBT提供适当的正向或反向栅压 3 驱动电路应有足够的输入输出电隔离能力 4 理想的驱动电路要求输入输出信号传输无延时 5 驱动电路应具有一些基本的保护功能和自保护功能 1 驱动能力计算计算平均电流 IoutAV Pg U U Vg Vg 根据公式Pg E fsw Qg U fsw IoutAV Qg fswQg可以通过datasheet或者计算获得Qg U Cin计算峰值电流 计算在最小的门极电阻情况下的峰值驱动电流Ig puls U Rg Rint 当加入的Cg电容较大时要重新平均电流和峰值电流 驱动器的总功率P Pg PsPs为驱动电路的功率 2 能向IGBT提供适当的正向或反向栅压 英飞凌FP75R12KT4 不同Vge时Vce与Ic的变化关系 负压是为了让IGBTGS间的PN结反偏 使IGBT可靠关断关断 当成本遇到压力或者设计有困难时 可以采取0电压关断 正压范围13 15V负压范围 2 10V 为什么 驱动电平十Uge也必须综合考虑 Uge增大时 IGBT通态压降和开通损耗均下降 但负载短路时的Ic增大 IGBT能承受短路电流的时间减小 对其安全不利 因此在有短路过程的设备中Uge应选得小些 一般选13 15V 在关断过程中 为尽快抽取PNP管的存储电荷 须施加一负偏压Uge 但它受IGBT的G E间最大反向耐压限制 一般取 2v 10V 3 驱动电路应有足够的输入输出电隔离能力 为了保护弱电控制系统远离高压 电气隔离是必须的 隔离可以通过以下方式实现 光藕 脉冲变压器 什么情况下弱电控制系统可以与高压不需隔离 4 理想的驱动电路要求输入输出信号传输无延时 光电耦合器的优点是体积小巧 缺点是反应较慢 因而具有较大的延迟时间 高速型光电耦合器一般也大于500ns 5 驱动电路应具有一些基本的保护功能和自保护功能 IGBT栅极过压保护电路 静电聚积在栅极电容上引起过压 电容密勒效应引起的栅极过压 集电极与发射极间的过压保护电路 施加到IGBT的集电极一发射极间的直流电压过高 另一种为集电极一发射极间的浪涌电压过高 IGBT过流短路保护电路IGBT过流保护的分类IGBT的过流保护电路可分为两类 一类是低倍数 1 2 1 5倍 的过载保护 另一类是高倍数 可达8 10倍 的短路保护 过载保护只要靠软件保护短路保护是要靠硬件封锁PWM驱动信号 饱和压降小于2V的IGBT允许承受的短路时间小于5us 而饱和压降为3V的IGBT允许承受的短路时间可达15us 4 5V时可达30us以上 1 栅极电阻阻值选取一般而言 最优的栅极电阻值将介于IGBT数据表中所列的值和大约两倍于数据表中所列值之间 这适用于大多数的应用 大概的电阻值 即两倍的数据表值 可被看作是优化的起点 目前的第四代IGBT英飞凌推荐 Ron Roff 1 5 2 5 Rg富士推荐 Ron 2 5 10 Rg Roff 2 5 5 Rg 并且Cg Cies此处的推荐紧紧是初始电路设计时的参考值 后期的测试验证结果才是最终的优化的阻值 2 栅极电阻功率的计算 栅极电阻 选择原则与应用的6 8页 第二讲关键器件选择 3 栅极电阻的选取1 Rg对开通影响大 表现在以下几个方面 开通能耗 Eon IGBT的电流尖峰 续流二极管的反向恢复电流 dv dt 2 Rg对关断影响不明显 表现在以下几个方面 关断能耗 Eoff di dt 主要由芯片技术决定 Rg很大时才有影响 dv dt 3 Rg对开通和关断延时都有影响 不同Rg时开通波形比较 不同Rg时开关损耗曲线 不同Rg时关断波形比较 寄生密勒电容引起的现象 形成过程 由于半桥中的某个管导通导致另外一个IGBT上的电压Vce发生变化 进而通过Cies电容形成充电电流Ig 在该管驱动回路中关断电阻Rgoff上形成电压降 导致该波形的出现 解决方案 1 Rgon的增加 等效降低dv dt变化率 减小Ig 2 Rgoff的减小 等效降低电压降 或者Rgon Rgoff分开 不要共用 3 增加Cge电容来提升门极抗dv dt变化能力 因此 最终Rg的确定有关于 IGBT的功耗 发热开关频率EMC EMIEMS 栅极Vge的影响死区时间等 第三讲我公司目前使用的驱动电路分析 如何选取合适的驱动电路1 小功率的IGBT驱动220VAC 自举IGBT驱动 高频脉冲变压器 直流电压驱动400VAC 采用简单光藕的新型自举IGBT驱动器2 中等功率的IGBT驱动400VAC 采用自举供电的光藕690VAC 隔离的脉冲变压器以及复杂的IGBT驱动系统3 大功率IGBT驱动采用隔离变压器的IGBT驱动采用Vce饱和压降进行过流检测和管理的IGBT驱动系统 包括软关断动作 以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断 第三讲我公司目前使用的驱动电路分析 400V5 5KW 355kw驱动电路分析打开5 5kw 22kw 75kw 355kw驱动进行分析比较1 电源路数 采用4路电源 2 光耦的选择非常重要 稳定性 功能 是否满足需求 性价比 3 采用不同的光耦 查看光耦的参数 如何计算驱动光耦电流 光耦的驱动能力 响应速度等参数 光耦是否为轨对轨 决定了电源电压 4 并联驱动时注意哪些东