IGBT培训讲稿

1、庞忠浩庞忠浩2012/08/24IGBT驱动培训讲稿驱动培训讲稿STEP 002527Page 2目录目录第一讲第一讲 驱动电路基本要求驱动电路基本要求第二讲第二讲 关键器件选择关键器件选择第三讲第三讲 我公司目前使用的驱动电路分析我公司目前使用的驱动电路分析 4-1 5.5kw-22kw使用的驱动电路分析使用的驱动电路分析 4-2 30kw以上使用的驱动电路分析以上使用的驱动电路分析 4-3 高压高压/伺服伺服/690V驱动电路分析驱动电路分析 Page 3第一讲第一讲 IGBT驱动电路的基本要求驱动电路的基本要求n 对于用来驱动对于用来驱动IGBT 的电路而言的电路而言, 应根据栅极对驱动

2、信号的应根据栅极对驱动信号的要求要求, 而具备下列一些性质而具备下列一些性质:n 1) 一个理想的驱动电路应具有较强的动态驱动能力；一个理想的驱动电路应具有较强的动态驱动能力；n 2) 能向能向IGBT 提供适当的正向或反向栅压；提供适当的正向或反向栅压；n 3) 驱动电路应有足够的输入输出电隔离能力；驱动电路应有足够的输入输出电隔离能力；n 4) 理想的驱动电路要求输入输出信号传输无延时；理想的驱动电路要求输入输出信号传输无延时；n 5) 驱动电路应具有一些基本的保护功能和自保护功能。驱动电路应具有一些基本的保护功能和自保护功能。Page 41)、驱动能力计算驱动能力计算n 计算平均电流计算

3、平均电流: IoutAV = Pg / U U =（ +Vg + |-Vg|） 根据公式根据公式 Pg = E * fsw = Qg * U * fsw IoutAV = Qg * fswQg可以通过可以通过datasheet或者计算获得或者计算获得Qg= U*Cin n 计算峰值电流计算峰值电流: 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） 当加入的当加入的Cg电容较大时要重新平均电流和峰值电流。电容较大时要重新平均电流和峰值电流。n 驱动器的总功率驱动器的总功率P=Pg+Ps Ps为驱动电路的功率。为驱动

4、电路的功率。Page 52) 能向能向IGBT 提供适当的正向或反向栅压；提供适当的正向或反向栅压；英飞凌英飞凌FP75R12KT4 不同不同Vge时时Vce与与Ic的变化关系的变化关系Page 6 负压是为了让负压是为了让IGBT GS间的间的PN结反偏，使结反偏，使IGBT可靠关断关断，当成可靠关断关断，当成本遇到压力或者设计有困难时，可以采取本遇到压力或者设计有困难时，可以采取0电压关断。电压关断。 正压范围正压范围1315V 负压范围负压范围-2-10V （为什么？）（为什么？） n 驱动电平十驱动电平十 Uge 也必须综合考虑。也必须综合考虑。 Uge 增大时，增大时， IGBT 通

5、态压降通态压降和开通损耗均下降，但负载短路时的和开通损耗均下降，但负载短路时的 Ic 增大，增大， IGBT 能承受短路电流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 应选得应选得小些，一般选小些，一般选 13 15V 。 n 在关断过程中，为尽快抽取在关断过程中，为尽快抽取 PNP 管的存储电荷，须施加一负偏压管的存储电荷，须施加一负偏压 Uge, 但它受但它受 IGBT 的的 G 、 E 间最大反向耐压限制，一般取间最大反向耐压限制，一般取 -2v - 10VPage 73) 驱动电路应有足够的输入输出电隔离能

6、力驱动电路应有足够的输入输出电隔离能力n 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：以下方式实现：n -光藕光藕n -脉冲变压器脉冲变压器（什么情况下弱电控制系统（什么情况下弱电控制系统可以与高压不需隔离？）可以与高压不需隔离？）Page 84) 理想的驱动电路要求输入输出信号传输无延时理想的驱动电路要求输入输出信号传输无延时n 光电光电耦合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迟时间(高速型光电耦合器一般也大于高速型光电耦合器

7、一般也大于500ns)。Page 9 5) 驱动电路应具有一些基本的保护功能和自保护功驱动电路应具有一些基本的保护功能和自保护功能能n IGBT栅极过压保护电路栅极过压保护电路 静电聚积在栅极电容上引起过压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。电容密勒效应引起的栅极过压。n 集电极与发射极间的过压保护电路集电极与发射极间的过压保护电路 施加到施加到IGBT的集电极一发射极间的直流电压过高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。另一种为集电极一发射极间的浪涌电压过高。Page 10n IGBT过流短路保护电路过流短路保护电路n IGBT过流保

8、护的分类过流保护的分类n IGBT的过流保护电路可分为两类：一类是低倍数（的过流保护电路可分为两类：一类是低倍数（1.21.5倍）的倍）的过载保护；另一类是高倍数过载保护；另一类是高倍数(可达可达810倍倍)的短路保护。的短路保护。n 过载保护只要靠软件保护过载保护只要靠软件保护n 短路保护是要靠硬件封锁短路保护是要靠硬件封锁PWM驱动信号。驱动信号。饱和压降小于饱和压降小于2V的的IGBT允允许承受的短路时间小于许承受的短路时间小于5us，而饱和压降为，而饱和压降为3V的的IGBT允许承受的短允许承受的短路时间可达路时间可达15us，45V时可达时可达30us以上以上Page 111、栅极电

9、阻阻值选取、栅极电阻阻值选取n 一般而言，最优的栅极电阻值将介于一般而言，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。（即两倍的数据表值），可被看作是优化的起点。 目前的第四代目前的第四代IGBTn 英飞凌推荐：英飞凌推荐：Ron=Roff=(1.52.5)Rgn 富士推荐：富士推荐： Ron=(2.5-10)Rg，Roff=(2.55)Rg，并且，并且Cg=Cies 此处的推荐紧紧是初始电路设计时的

10、参考值，后期的测试验证结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。果才是最终的优化的阻值。2、栅极电阻功率的计算、栅极电阻功率的计算（栅极电阻（栅极电阻_选择原则与应用的选择原则与应用的 6-8页）页） 第二讲第二讲 关键器件选择关键器件选择Page 12n 3、栅极电阻的选取、栅极电阻的选取1)、Rg对开通影响大，表现在以下几个方面：对开通影响大，表现在以下几个方面： - 开通能耗（开通能耗（Eon） - IGBT的电流尖峰（续流二极管的反向恢复电流）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

11、：对关断影响不明显，表现在以下几个方面： - 关断能耗（关断能耗（Eoff） - di/dt（主要由芯片技术决定，（主要由芯片技术决定，Rg很大时才有影响）很大时才有影响） - dv/dt 3)、 Rg对开通和关断延时都有影响对开通和关断延时都有影响Page 13不同不同Rg时开通波形比较时开通波形比较不同不同Rg时开关损耗曲线时开关损耗曲线不同不同Rg时关断波形比较时关断波形比较Page 14寄生密勒电容引起的现象寄生密勒电容引起的现象Page 15形成过程：形成过程： 由于半桥中的某个管导通导致另外一个由于半桥中的某个管导通导致另外一个IGBT上的电压上的电压Vce发生发生变化，进而通过变

12、化，进而通过Cies电容形成充电电流电容形成充电电流Ig。在该管驱动回路中关断电。在该管驱动回路中关断电阻阻Rgoff上形成电压降，导致该波形的出现上形成电压降，导致该波形的出现。Page 16解决方案：解决方案：1）Rgon的增加，等效降低的增加，等效降低dv/dt变化率，减小变化率，减小Ig；2）Rgoff的减小，等效降低电压降。或者的减小，等效降低电压降。或者Rgon，Rgoff分开，不要共用；分开，不要共用；3）增加）增加Cge电容来提升门极抗电容来提升门极抗dv/dt变化能力。变化能力。因此：因此：最终最终Rg的确定有关于的确定有关于 ： n IGBT的功耗的功耗/发热发热n 开关频

13、率开关频率n EMC（EMI EMS）n 栅极栅极Vge的影响的影响n 死区时间等死区时间等Page 17第三讲第三讲 我公司目前使用的驱动电路分析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如何选取合适的驱动电路1、小功率的、小功率的IGBT驱动驱动n 220V AC - - - -自举自举IGBT驱动驱动, 高频脉冲变压器高频脉冲变压器, 直流电压驱动直流电压驱动n 400V AC - - - - 采用简单光藕的新型自举采用简单光藕的新型自举IGBT驱动器驱动器2、中等功率的、中等功率的IGBT驱动驱动n 400V AC - - - - 采用自举供电的光藕采用自举供电的光藕n 690

14、V AC - - - - 隔离的脉冲变压器以及复杂的隔离的脉冲变压器以及复杂的IGBT驱动系统驱动系统3、大功率、大功率IGBT驱动驱动n 采用隔离变压器的采用隔离变压器的IGBT驱动驱动n 采用采用Vce饱和压降进行过流检测和管理的饱和压降进行过流检测和管理的IGBT驱动系统，包括软关断驱动系统，包括软关断动作，动作，n 以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断。以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断。Page 18第三讲第三讲 我公司目前使用的驱动电路分析我公司目前使用的驱动电路分析n 400V 5.5KW-355kw驱动电路分析驱动电路分析打开打开5.5kw ，22kw，75kw,355kw驱动进行分析比较驱动进行分析比较1、电源路数，采用、电源路数，采用4路电源。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。、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、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。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西，模块选型