4.驱动缓冲保护电路.ppt

,驱动缓冲保护电路,1,2020/6/2,2020/6/2,2,驱动触发电路,SCR：触发,IGBT：驱动,缓冲电路,保护电路,2020/6/2,3,同步信号为锯齿波的触发电路,2020/6/2,4,集成触发器,KJ004电路原理图,2020/6/2,5,集成触发器,三相全控桥整流电路的集成触发电路,EUPEC公司某IGBT参数表,提供足够的栅极电压来开通IGBT并在开通期间保持这个电压。在最初开通阶段,提供足够的栅极驱动电流来减少开通损耗和保证IGBT的开通速度。在关断期间,提供一个反向偏置电压来提高IGBT抗暂态dv/dt的能力和抗EMI噪声的能力并减少关断损耗。在IGBT功率电路和控制电路之间提供电气隔离，对IGBT逆变器,一般要求的电气隔离为2500V以上。在短路故障发生时,驱动电路会通过合理的栅极电压动作进行IGBT保护,并发出故障信号到控制系统。,IGBT对驱动电路基本要求,IGBT驱动电路基本形式有三种:直接驱动电路脉冲变压器隔离输出驱动电路有无源、有源（如CONCEPT公司的2SD315A和SEMIKRON公司的SKH122驱动器）和自给电源三种方式，其中自给电源方式又分为调制型自给电源（如Unitrode公司的UC372系列驱动器）和分时技术自给电源（如北京落木源公司的TX-K系列驱动器）光耦隔离输出驱动电路,前沿技术：用由LED-Si光电池组构成的光压隔离器（PhotoVoltaicIsolator，简称PVI）作为隔离驱动器件。无磁芯变压器（CLT）集中了光电耦合器，离散变压器和集成电平位移的优点（基本原理是在半导体之内植入微小变压器，提供电隔离和输入与输出之间的信号传输）,IGBT驱动电路研究,（a）IGBT直接驱动电路,（b)脉冲变压器隔离输出驱动电路,(c)光耦隔离输出电路,图16基本驱动电路,目前市场上常见的驱动器：,不隔离的直接驱动器：TI公司的UC37XX系列，美国Fairchild公司的FAN8800，Motorola公司的MC33153，美国IR公司的IR21XX系列等。光电耦合隔离驱动器有：美国HP公司生产的HCPL-316J，日本富士EXB8系列,中国西安的HL402,日本三菱公司的M579系列,日本英达HR065,日本三社电机公司的GH-03系列等。变压器隔离式驱动器有：瑞士CONCEPT公司的2/6SD系列,美国Unitrode公司UC3726/3727芯片对（须外接脉冲变压器）,德国SEMIKRON公司的SKHI2系列等。,注：北京落木源电子技术有限公司已经生产出的TX-KA/B/C/D/E系列几乎可替代上述任何型号IGBT驱动器，北京普尔盛电子公司生产的IGBT驱动器可替代SEMIKRON公司产品。,几款集成IGBT驱动芯片参数表,图17用双绞线传送PWM信号,图19用光纤传送PWM信号原理,图18HFBR系列光信号发收原理图,PWM信号传输的基本方式,IGBT驱动功率和栅极驱动电流计算公式,图20栅极电荷与关系,或者,一EXB841(4A)原理,（一）集成IGBT驱动模块研究,图21EXB841内部原理图,图23(容量扩展的)EXB841驱动电路1000A/1200V,图22EXB841典型应用电路400A/600V或300A/1200V,图24M57959L内部原理图,二M57959L(2A)/M57962AL(5A)原理,图25典型M57959L/57962AL驱动电路600V/200A或1200V/100A,a）双电源供电,b）单电源供电,图26(容量扩展的)M57959L/57962AL驱动电路1200V/400A,三Unitrode公司的UC3726/UC3727驱动芯片对(4A),图27UC3726芯片内部原理图,图28UC3727内部原理图和工作波形（见下页）,d）UC3727退饱和响应曲线,a）UC3727输入波形曲线,b）UC3727上升沿波形曲线,c）UC3727“假过流”响应波形曲线,图29UC3726/3727驱动IGBT典型应用电路,四HCPL-316J(2.5A)原理,图30HCPL-316J内部原理框图,图31HCPL-316J典型双电源供电应用电路图1500V/150A,图32（容量扩展的单电源）HCPL-316J典型应用电路图600V/200A(驱动电流可扩展到15A),五CONCEPT公司2SD315A(18A)产品,图33EUPEC公司驱动模块结构图,图34图33中的LDI部分,图35图33中的IGD部分,图362SD315A应用电路图(3300V/1200A),六国产（陕西高科）HL402原理（2A）,图37HL402内部结构原理图,图38HL402驱动IGBT电路,图39IR2110内部原理框图,图40IR2110驱动半桥IGBT典型电路(特色是自举电源),七IR公司IR2110集成驱动器(2A),图41能用负偏压关断IGBT的IR2110驱动电路,图42SKHI22AH4内部结构原理及与IGBT连接方法,八SEMIKRON公司的SKHI21A/22B驱动芯片(8A),附图北京普尔盛公司某款IGBT驱动器（可兼容SKHI2系列）,图43MC33153驱动芯片内部原理框图,九MOTOROLA公司的MC33153集成驱动（2A）,图44MC33153驱动IGBT电路图,图45FAN8800内部结构框图,图46FAN8800驱动IGBT电路,十FAIRCHILD公司的FAN8800驱动模块（2A）,十一日本英达公司的HR065驱动芯片（2.5A）,图47HR065内部原理图和驱动IGBT应用电路,十二日本三社的GH-039型IGBT驱动模块(6A),图48GH-039内部原理和典型应用图,一清华大学卫三民博士发表于2001年的一篇文章,图49卫三民设计双电源供电IGBT驱动与保护原理图,（二）分立元件IGBT驱动电路研究,二北京航空航天大学博士王永发表于2004年的一篇文献(这个电路有缺陷),图50王永设计单电源供电IGBT驱动与保护原理图,图51IGBT驱动与保护原理图C,三韩国LSIndustrialsystems有限公司jin-hong,kim发表于2007年的一篇文献IEEE,图52图51中虚线框内一类基本结构,图53图52电路各元件定时波形图,五、韩国收获公司变频器产品上所用驱动,图54某560KW变频器产品所用驱动板,图55某400KW变频器所用驱动板,图56某250KW变频器所用驱动板,小结,综上对各类驱动器内部原理和应用电路的分析，各类驱动器（无论是集成芯片还是分立元件构成）都是以满足IGBT驱动基本要求为目标，有的设计时增加某些功能（如电源欠压封锁、过流保护、降栅压逻辑控制，工作参数外部可调、缓降栅压，窄脉冲抑制等等），采用类似或不同的电路形式来实现所要求功能，各类驱动器都有其应用场合和局限性，根据性能和工作参数要求，价格也相差很大。具体分析见下页:,日本富士公司生产的EXB系列。其特点:具有单电源,正负偏压,过流保护和低速过流切断功能,保护信号可输出供控制电路用,但负偏压不足、无欠压保护和过流自锁功能。IR公司推出的IR2110集成驱动器。其特点是:设置了自举浮动电源,使用单电源来实现隔离驱动,对全桥驱动电路特别适用,但IR2110自身不带隔离环节,且不能对IGBT实行欠饱和、过饱和保护。因此外围电路需增加隔离电路及抗饱和保护电路。,集成驱动芯片小结,CONCEPT公司的2SD315A驱动模块。可用于驱动高达1700V的IGBT。其特点:可选择控制逻辑电平,可选择工作模式与死区时间,可选择信号输入与状态输出的模式,其有短路过流保护和智能电源监控等功能。具有较为完善的保护功能,是目前大功率驱动器的首选模块。但是，CONCEPT公司SCALE系列由于针对EUPEC可以无缓冲运行的IGBT设计，而无短路软关断保护功能，缺乏通用性。Agilent公司生产的HCPL-316J光电耦合驱动器件，其特点是：内部集成集电极-发射极电压（UCE）欠饱和检测电路及故障状态反馈电路，具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定、故障信号输出的功能，兼容CMOS/TTL电平，采用三重复合达林顿管集电极开路输出，可驱动150A/1200V的IGBT，最大开关时间500ns，“软”IGBT关断，工作电压范围15-30VDSP控制器与该器件结合可实现IGBT的驱动，使得IGBT欠饱和检测结构紧凑，低成本且易于实现。,M57962采用+15V和-10V电源供电,IGBT关断时可输出-10V的偏压,在频率较高,负载过大,现场环境恶劣的情况下,关断更为可靠。M57962具有封闭性软关断功能。通过外部电容可设定3-6us的允许短路时间,以滤除瞬间尖峰扰动;超出允许时间后,立即降低栅极电压进行软关断并发出过流保护信号,同时启动内部定时器;延时l2ms后,在确认保护电路已经动作(输入低电平)后,才会解除保护动作,恢复正常工作。因此软关断过程不会被输入的关断信号所打断。所以分立元件构成的IGBT驱动电路由于其参数配置灵活，各类保