4.驱动缓冲保护电路.ppt

1、,驱动缓冲保护电路,1,2020/7/8,2020/7/8,2,驱动触发电路,SCR： 触发,IGBT：驱动,缓冲电路,保护电路,2020/7/8,3,同步信号为锯齿波的触发电路,2020/7/8,4,集成触发器,KJ004电路原理图,2020/7/8,5,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EM I 噪声的能力并减少关断损耗。 在

2、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2500 V 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

3、沿技术：用由LED-Si 光电池组构成的光压隔离器（Photo Voltaic Isolator，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

4、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

5、,图17 用双绞线传送PWM信号,图19 用光纤传送PWM信号原理,图18 HFBR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21 EXB841内部原理图,图23 (容量扩展的)EXB841驱动电路 1000A/1200V,图22 EXB841典型应用电路 400A/600V或300A/1200V,图24 M57959L内部原理图,二 M57959L( 2A)/M57962AL( 5A)原理,图25 典型M57959L/57962AL驱动电路 600V

6、/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27 UC3726芯片内部原理图,图28 UC3727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29 UC3726/3727驱动IGBT典型应用电路,四 HCPL-316J( 2.5A)原理,图30 HCPL-316J内部原理框图,图31 HCP

7、L-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33 EUPEC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36 2SD315A应用电路图(3300V/1200A),六 国产（陕西高科）HL402原理（ 2A）,图37 HL402内部结构原理图,图38 HL402驱动IGBT电路,图39 IR2110内部原理框图,图40 IR2110驱动半桥IGBT典型电路(特色是自举电源),七 I

8、R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42 SKHI22AH4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43 MC33153驱动芯片内部原理框图,九 MOTOROLA公司的MC33153集成驱动（2A）,图44 MC33153驱动IGBT电路图,图45 FAN8800内部结构框图,图46 FAN8800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

9、（2.5A）,图47 HR065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48 GH-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51 IGBT驱动与保护原理图C,三 韩国LS Industrial systems 有限公司jin-hong,kim发表于2007年的一篇文献IEEE,图52 图51

10、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

11、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IR 2110 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IR 2110 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1 700V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

12、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150 A/1 200 V的IGBT，最大开关时间500 ns，“软”IGBT关断，工作电压范围

13、15-30 VDSP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 -10 V 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l2 m s 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