在IGBT 的應用中, 根據系統要求的整體性能, 針對不同的IGBT 特性選取合適的驅動器是至關重要的, 它不僅影響了IGBT 的動態性能, 同時也影響系統的成本和可靠性。根據IGBT 對驅動電路的要求,就其中常用3 種不同驅動電路及選擇時注意事項作了如下分析:
1 確定IGBT門極容量
在設計和選購IGBT 驅動器之前,必須首先知道IGBT 的門極負荷Q,這是一個十分重要的參數,但在IGBT 的技術參數中生產廠家一般并不直接給出,而需要我們借助其它參數得到。IGBT 具MOSFET 的輸入級,在IGBT的技術資料中往往有一個參數CissCiss,一般我們把它叫作輸入電容,該電容的測試往往是在UGS=0,UOS=25V,f=1MHz 的情況下進行,由于密勒效應, 該值往往比在U GS= O V時要小,根據實踐經驗,IGBT 的輸入電容一般滿足下面的公式:
一般Simens 和 Eupec 公司的IGBT 滿足上述公式。
知道了IGBT 的輸入電容Cin,門極的負荷可以由下面公式得到
△U代表門極的驅動電壓, 大多數的IGBT 開通電壓+15V,關斷電壓-5V,因而△U= 20V , 如應用十分廣泛的EXB841 系列。
高電壓、大電流IGBT 往往開通關斷均為15V,因而△U= 30V 。
2 開關頻率確定
開關頻率的大小不僅影響系統的控制精度,而且影響系統的整體性能,如運行效率,噪聲指標。開關頻率是所有電力電子變換器的一個重要參數。
根據IGBT 的門極容量,儲存在IGBT 輸入電容中的能量可以計算得到
每個脈沖周期柵極充放電各一次,因而驅動一只IGBT 的功率為:
f 為開關頻率。
驅動器的平均輸出電流IOUT可以這樣得到:
P=IOUT﹒△U比較上而兩式Q=IOUT/f驅動器的平均電流在數據文檔可以找到,則IGBT的zui大允許開關頻率可以得到: f=IOUT/△θ。
3 門極驅動電阻RG的選取
IGBT 的開關時間是由驅動器對IGBT 的輸入電容的充放電來控制, 增加門極輸出電流,IGBT 開通時間和關斷時間會相應縮短,開關損耗也會降低, RG主要是用來限制門極輸出的降值電流, 可由下式確定:
一般可以在驅動器數據文檔中找到。有些情況下,充放電峰值電流不同,門極電阻可以分別選取。
4 光電耦合和變壓器耦合式比較
光電耦合隔離式采用直流電源,輸出脈沖寬度可調。通過檢測集電極電壓實現過電流保護。具有使用方便穩定性好的優點。缺點是雙側均采用電源,電路復雜。比如EXB841驅動器,光電耦合器輸入與輸出之間耐壓一般較低為交流2500V,但實際使用中設備承受力不符合其條件,給使用帶來限制。另外,一旦IGBT 燒壞,驅動器受到損壞給維修帶來不便且不經濟。
變壓器耦合隔離式不用專設的電源,線路簡單, 輸入輸出間耐壓高, 成本低、響應快。
缺點是IGBT 關斷期間得不到持續的反向門極電壓,抗干擾能力差,且輸出脈沖寬度不可調,不能實現過電流保護,并且由于漏感的存在使繞組的繞制工藝復雜容易出現振蕩。
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