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IGBT自舉的驅(qū)動方式(一)

自舉懸浮驅(qū)動電源大大簡化了驅(qū)動電源設(shè)計,只用一路電源即可以完成上下橋臂兩個功率開關(guān)器件的驅(qū)動電路的抗干擾技術(shù)。

一、電平箝位

  自舉驅(qū)動電路不能產(chǎn)生負(fù)偏壓,如果用于驅(qū)動橋式電路,在半橋電感負(fù)載電路下運行,處于關(guān)斷狀態(tài)下的IGBT由于其反并聯(lián)二極管的恢復(fù)過程,將承受集電極-發(fā)射極間電壓的急劇上升。此靜態(tài)的du/dt通常比IGBT關(guān)斷時的上升率高。由于電容密勒效應(yīng)的影響,此du/di在集電極-柵極間電容內(nèi)產(chǎn)生電流,流向柵極驅(qū)動電路。如圖1-1所示。雖然在關(guān)斷狀態(tài)下柵極電壓UGE為零,由于柵極電路的阻抗(柵極限流電阻RG、引線電感LG),該漏電流使UGE增加,趨向于UGE(th)。最惡劣的情況是使該電壓達(dá)閥值電壓,該IGBT將被開通,導(dǎo)致橋臂短路。驅(qū)動電路輸出阻抗不夠小,沿柵極的灌入電流會在驅(qū)動電壓上加上比較嚴(yán)重的毛刺干擾。

  針對自舉電路的不足,在實際應(yīng)用中需對輸出驅(qū)動電流進(jìn)行改進(jìn),其改進(jìn)方法是在柵極限流電阻上反并聯(lián)一個二極管,但此方法在大功率下效果不太明顯。對于大功率IGBT,可采用圖2-2所示的電路,在關(guān)斷期間將柵極驅(qū)動電平箝位到零電平。在橋臂上管開通期間,驅(qū)動信號使VT1導(dǎo)通、VT2截止。上管關(guān)斷期間,VT1截止,VT2基極呈高電平而導(dǎo)通,將上管柵極電位拉到低電平(三極管的飽和壓降)。這樣,由于電容密勒效益產(chǎn)生的電流從VT2中流過,柵極驅(qū)動波形上的毛刺可以大大減小。下管同理。

 

二、負(fù)壓驅(qū)動電路

在大功率IGBT驅(qū)動電路設(shè)計而中,各路驅(qū)動電源獨立,集成驅(qū)動電流一般都有產(chǎn)生負(fù)壓的功能,在IGBT關(guān)斷期間在柵極上施加負(fù)電壓,一般為-5V。其作用也是為了增強IGBT關(guān)斷的可靠性,防止由于電容密勒效益而造成IGBT誤導(dǎo)通。自舉電路無這一功能,但可以通過加幾個無源器件來實現(xiàn)負(fù)壓的功能,如圖3-3所示。在上下管驅(qū)動電路中均加上由C5C6以及5V穩(wěn)壓管ZD1ZD2組成的負(fù)壓電路,其工作原理為:電源電壓VCC20V,在上電期間,電源通過R1C6充電,C6上保持5V的電源。在下橋驅(qū)動光耦工作時, 下橋驅(qū)動光耦引腳5輸出20V高電平,這時加在下管S2柵極上的電壓為20V-5V=15V,IGBT正常導(dǎo)通。當(dāng)下橋驅(qū)動光耦不工作時,下橋驅(qū)動光耦引腳5輸出0V,此時S2柵極上的電壓為-5V,從而實現(xiàn)關(guān)斷時所需的負(fù)壓。對于上管S1,在上橋驅(qū)動光耦工作時,上橋驅(qū)動光耦引腳5輸出20V電壓,加在S1柵極上的電壓為15V。在上橋驅(qū)動光耦不工作時,上橋驅(qū)動光耦引腳5端輸出為0V,S1柵極電壓為-5V。由于IGBT為電壓型驅(qū)動器件,所以負(fù)壓電容C5C6上的電壓波動較小,維持在5V,自舉電容上的電壓也維持在20V左右,只在下管S2導(dǎo)通的瞬間有一個短暫的充電過程。IGBT的導(dǎo)通壓降一般小于3V,負(fù)壓電容C5的充電在S2導(dǎo)通時完成。對于C5、C6的選擇,要求其容量大于IGBT柵極輸入寄生電容Ciss。自舉電容充電電路中的二極管VD1必需是快恢復(fù)二極管,應(yīng)留有足夠的電流裕量。

 

 

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