基于集成驱动电路的igbt驱动电路设计(编辑修改稿)

基于集成驱动电路的igbt驱动电路设计(编辑修改稿)内容摘要：

的 6脚通过快速恢复二极管接至 IGBT 的 C极，检测 IGBT 的集射之间的通态电压降的高低来判断 IGBT 的过流情况加以保护。 5V 电压基准部分由 R10,VZ2,C5组成，为 IGBT驱动提供一 5V 反偏压。 日本 FUJI 公司的 EXB 841 芯片具有单电源、正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特性，是一种比较典型的驱动电路。 其功能比较完善，在国内得到了广泛应用。 EXB 841 的控制原理 EXB 841 工作原理如图 所示（图中 V1G即为 IGBT 管，下图同； V1S为光耦IS01）。 本科生课程设计（论文） 6 图 EXB 841 的工作原理图 (1). 正常开通过程 当 EXB 841 输入端脚 14 和脚 15 有 10mA 的电流流过时，光耦 IS01 导通， A点电位迅速下降至 0V， V1和 V2截止； V2截止使 D 点电位上升至 20V， V4导通， V5截止， EXB 841 通过 V4及栅极电阻 Rg向 IGBT 提供电流使之迅速导通。 (2). 正常关断过程 控制电路使 EXB 841 输入端脚 14 和脚 15 无电流流过，光耦 IS01 不通， A点电位上升使 V1和 V2导通； V2导通使 V4截止、 V5导通， IGBT 栅极电荷通过 V5迅速放电，使 EXB 841 的脚 3电位迅速下降至 0V（相对 EXB 841 脚 1低 5V），使 IGBT可靠关断。 (3). 保护动作 IGBT 已正常导通，则 V1和 V2截止， V4导通， V5截止， B点和 C点电位稳定在8V 左右， VZ1不被击穿， V3截止， E 点电位保持为 20V，二极管 VD6截止。 若此时发生短路， IGBT 承受大电流而退饱和， uce上升很多，二极管 VD7截止，则 EXB 841的脚 6“悬空”， B点和 C 点电位开始由 8V上升；当上升至 13V 时， Vz1被击穿， 本科生课程设计（论文） 7 V3导通， C4通过 R7和 V3放电， E点电位逐步下降，二极管 VD6导通时 D 点电位也逐步下降，使 EXB 841 的脚 3电位也逐步下降，缓慢关断 IGBT。 B 点和 C 点电位由 8V 上升到 13V 的时间可用下式求得： （ 31） 式 31中 t= s；τ 1为 R3和 C2的充电时间常数 , τ 1=R3C2。 （ 32） C3与 R7组成的放电时间常数为 τ 2=C3R7=（μ s） （ 33） E 点由 20V 下降到 的时间由下式求得： ， t= s （ 34） 此时慢关断过程结束， IGBT 栅极上所受偏压为 0V，这种状态一直持续到控制信号使光耦 ISO1 截止， IGBT 栅极所受偏压由慢关断时的 0V 迅速下降到 5V，IGBT 完全关断。 V1导通 C2迅速放电， V3截止， 20V 电源通过 R9对 C4充电， RC 充电时间常数为τ 3=C4R9=(μ s)，则 E 点由 充至 19V 的时间可用下式求得： ，t=135μ s （ 35） 则 E 点恢复到正常状态需 135μ s，至此 EXB 841 恢复到正常状态，可以进行正常的驱动。 EXB 841 存在的不足与改进 (1).EXB 841 存在的不足 ① .过流保护阀值太高。 由 EXB841 实现过流保护的过程可知， EXB841 判定过流的主要依据是 6脚电压。 6脚电压 U6不仅和 Uce有关，还和二极管 V7的导通电压 Ud及 Ue有关， V7在 ～ V 时即可开通，故过流保护阈值 Uceo=UUdUe== （ 36） 通常 IGBT 在通过额定电流时导通压降 Uce为 ，当 Uce=Uceo = V 时。 IGBT 已严重过流，对应电流约为额定电流的 2～ 3倍，因此，应降低 Uceo。 ② .存在保护盲区。 一般大功率 IGBT 的导通时间 ton 在 1us 左右。 实际上，IGBT 导通时尾部电压下降是较慢的，实验表明，当工作电压较高时， Uce下降 至 本科生课程设计（论文） 8 饱合导通压降约需 4～ 5 s，而过流检测的延迟时间约为 s。 因此，在 IGBT开通过程中，若过流保护动作阈值太高，会出现虚假过流。 为了识别真假过流， 5脚的过流故障输出信号应延时 5us，以便外部保护电路对真正的过流进行保护，在 EXB841 完成内部软关断后再封锁外加 PWM 信号。 ③ .软关断保护不可靠。 过流保护后，在 10μ s 内驱动信号缓降至零。 因为存在盲区时间。 同时还有较长的软关断时间，这就导致不可靠，使保护效果变差。 ④ .负偏压不足。 EXB841 为了防止较高 dv/dt 引起 IGBT 误动作设置了负栅压，实际负栅压值一般不到 5V。 在大功率臭氧电源等具有较大电磁干扰的全桥逆变应用中，电磁干扰使 负栅压信号中存在随工作电流增大而增大的干扰尖锋脉冲，其值可超过 6V，甚至达到 89 V，能导致截止的 IGBT 误导通，造成桥臂直通。 ⑤ .过电流保护无自锁功能。 在出现过流时， EXB841 将正常的驱动信号变成一系列降幅脉冲实现 IGBT 的软关断，并在 5脚输出故障指示信号，但不能封锁输入的 PWM 控制信号。 因 5 脚输出信号无锁存功能，须在发生真正的过流时，用触发器锁定故障输出信号，用外部电路实现对系统的保护和停机。 (2). 改进措施 针对以上不足，可以考虑采取一些有效的措施，从而解决以上问题。 以下结合设计的具体电路 进行说明。 本科生课程设计（论文） 9 第 4章 基于 EXB 841 驱动电路设计、优化 本文基于 EXB 841 设计 IGBT 的驱动电路如图 所示，图中上半部分是利用EXB 841 构成的 IGBT 的驱动电路，下半部分是由 NE 555 定时器构成的以实现对IGBT 过流时封锁故障信号的电路。 IGBT 驱动电路及故障信号封锁电路设计 驱动电路中 Vz5起保护作用。 避免 EXB 841 的 6脚承受过电压，通过 VD1检测是否过电流，接 VZ3的目的是为了改变 EXB 模块过流保护起控点，以降低过高的保护阙值从而解决过流保护阀值太高的问题。 R1和 C1及 VZ4接在 +20V 电源上保证稳定的电压。 VZ1和 VZ2避免栅极和射极出现过电压， Rge是。