几种用于IGBT驱动的集成芯片Word格式文档下载.docx
《几种用于IGBT驱动的集成芯片Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《几种用于IGBT驱动的集成芯片Word格式文档下载.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
种
逆变器中
对IGBT驱动电路的要求相
对比较简单，
成本
也
比较
低
这种类
型
的驱动芯片
主要有东芝
公司生产的TLP250,
夏
普公
司
生产的PC923等等。
这里
主要针对TLP250做一介绍。
TLP250
包含一个
GaAlAs光发射二
1极管和一个
集成光探测器
，8
脚
双列
封
装结构。
适
合于IGBT或
电力MOSFET栅极驱动电路。
图2
为TLP250的内部结构简图，表1给出了其工作时的真值表
TLP250的典型特征如下：
1）输入阈值电流（IF）:
5mA（最大）；
2）电源电流（ICC）:
11mA（最大）;
3）电源电压（VCC）:
10〜35V;
4）输出电流（IO）:
±
0.5A（最小）；
5）开关时间（tPLH/tPHL）:
0.5卩（s最大）;
6）隔离电压：
2500Vpms（最小）。
表2给出了TLP250的开关特性，表3给出了TLP250的推荐工作条件
注：
使用TLP250时应在管脚8和5间连接一个0.1卩的陶瓷电容来稳定高增益线性放大器的工作，提供的旁路作用失效会损坏开关性能，电容和光耦之间的引线长度不应超过1cm。
图3和图4给出了TLP250的两种典型的应用电路。
在图4中，TR1和TR2的选取与用于IGBT驱动的栅极电阻有直接的
关系，例如，电源电压为24V时,TR1和TR2的Icmax>
24/Rg
图5给出了TLP250驱动IGBT时,1200V/200A的IGBT上电流的实验波形
50A/10Qs。
可以看出，由于TLP250不具备过流保护功能，当IGBT过流时，通过控制信号关断IGBT，IGBT中电流的下降很陡，且有一个反向的冲击。
这将会产生很大的di/dt和开关损耗，而且对控制电路的过流保护功能要求很高。
TLP250使用特点：
1）TLP250输出电流较小，对较大功率IGBT实施驱动时，需要外加功率放大电路。
2）由于流过IGBT的电流是通过其它电路检测来完成的，而且仅仅检测流过IGBT的电流，这就有可能对于IGBT的使用效率产生一定的影响，比如IGBT在安全工作区时，有时出现的提前保护等。
3）要求控制电路和检测电路对于电流信号的响应要快，一般由过电流发生到IGBT可靠关断应在10卩以内完成。
4）当过电流发生时，TLP250得到控制器发出的关断信号，对IGBT的栅极施加一负电压，使IGBT硬关断。
这种主电路的dv/dt比正常开关状态下大了许多，造成了施加于IGBT两端的电压升高很多，有时就可能造成IGBT的击穿。
2.2EXB8..Series（FUJIELECTRIC公司生产）
随着有些电气设备对三相逆变器输出性能要求的提高及逆变器本身的原因，在现有的许多逆变器中，把逆变单元IGBT的驱动与保护和主电路电流的检测分别由不同的电路来完成。
这种驱动方式既提高了逆变器的性能，又提高了IGBT的工作效率，使IGBT更好地在安全工作区工作。
这类芯片有富士公司的EXB8..Series夏普公司的PC929等。
在这里，我们主要针对EXB8..Series做一介绍。
EXB8..Series集成芯片是一种专用于IGBT的集驱动、保护等功能于一体的复合集成电路。
广泛用于逆变器和电机驱动用变频器、伺服电机驱动、UPS、感应加热和电焊设备等工业领域。
具有以
下的特点：
1）不同的系列（标准系列可用于达到10kHz开关频率工作的IGBT,高速系列可用于达到40kHz开关频率工作的IGBT）。
2）
内
置
光
耦
可
隔
离
高
达
25
00V/min的电
压C
）
3）
单
电
源
供
压
使
其
/、
应
用起来更为
「方
便。
4）
过
流
保
护
功
能
得
IGBT能够更
加
安全地工作。
5）
具
有
检
输
出
信
号
6）
列
直
插
式
装
有高密度的
安
装方式。
常用的EXB8..Series主要有：
标准系列的EXB850和EXB851,高速系列的EXB840和EXB841。
其主要应用场合如表4所示。
ft4»
AKR..So”的主要JS用15合
MMVIGBTA4K4
1200\iun的■总
W400A
<
75\
*£
J4X）1
杯丹乘河
KXIiSSO
f:
\ifK5n
IXHS4O
FXHR41
FXRK40
EXHMJ
1）标准系列：
驱动电路中的信号延迟w4卩s
2）高速系列：
驱动电路中的信号延迟w1.5ys图6给出了EXB8..Series的功能方框图。
MT*vTIkIFF!
OTIIT—」idlk机價：
1ft1Jft
表6给出了EXB8..Series工作时的推荐工作条件。
表6EXB8..Series工作时的推荐工作条
图7给出了EXB8..Series的典型应用电路
件
EXB8..Series使用不同的型号，可以达到驱动电流高达400A,电压高达1200V的各种型号的IGBT。
由于驱动电路的信号延迟时间分为两种：
标准型（EXB850、EXB851）<
4s,高速型（EXB840、EXB841）<
1,s,所以标准型的IC适用于频率高达10kHz
的开关操作，而高速型的IC适用于频率高达40kHz的开关操作。
在应用电路的设计中，应注意以下几个方面的问题：
IGBT栅射极驱动电路接线必须小于1m；
——IGBT栅射极驱动电路接线应为双绞线；
——如想在IGB集电极产生大的电压尖脉冲，那么增加IGBT栅极串联电阻（Rg）即可；
——应用电路中的电容C1和C2取值相同，对于EXB850和EXB840来说，取值为33卩F对于EXB851和EXB841来说，取值为47卩。
该电容用来吸收由电源接线阻抗而引起的供电电压变化。
它不是电源滤波器电容。
EXB8..Series的使用特点：
1）EXB8..Series的驱动芯片是通过检测IGBT在导通过程中的饱和压降Uce来实施对IGBT的过电流保护的。
对于IGBT的过电流处理完全由驱动芯片自身完成，对于电机驱动用的三相逆变器实现无
跳闸控制有较大的帮助。
2）EXB8..Series的驱动芯片对IGBT过电流保护的处理采用了软关
断方式，因此主电路的dv/dt比硬关断时小了许多，这对IGBT的使用较为有利，是值得重视的一个优点。
3）EXB8..Series驱动芯片内集成了功率放大电路，这在一定程度
上提高了驱动电路的抗干扰能力。
4）EXB8..Series的驱动芯片最大只能驱动1200V/300A的IGBT，并且它
本身并不提倡外加功率放大电路，另外，从图7中可以看出，该
类芯片为单电源供电，IGBT的关断负电压信号是由芯片内部产
生的一5V信号，容易受到外部的干扰。
因此对于300A以上的IGBT或者IGBT并联时，就需要考虑别的驱动芯片，比如三菱公司的M57962L等。
看功流少
图8给出了EXB841驱动IGBT时，过电流情况下的实验波形。
可以出，正如前面介绍过的，由于EXB8..Series芯片内部具备过流保护能，当IGBT过流时，采用了软关断方式关断IGBT，所以IGBT中电是一个较缓的斜坡下降，这样一来，IGBT关断时的di/dt明显减，这在一定程度上减小了对控制电路的过流保护性能的要
2.3M579..Series（MITSUBISHI公司生产）
M579..Series是日本三菱公司为IGBT驱动提供的一种IC系列，表7给出了这种系列的几种芯片的基本应用特性（其中有*者为芯片内部含有Booster电路）。
在M579..Series中,以M57962L为例做出一般的解释。
随着逆变器功率的增大和结构的复杂，驱动信号的抗干扰能力显得尤为重要，比较有效的办法就是提高驱动信号关断IGBT时的负电压，M57962L的负电源是外加的（这点和EXB8..Series不同），所以实现起来比较方便。
它的功能框图和图6所示的EXB8..Series功能框图极为类似，在此不再赘述。
图9给出了M57962L在驱动大功率IGBT模块时的典型电路图。
在这种电路中，NPN和PNP构成的电压提升电路选用快速晶体管（tf<
200ns，并且要有足够的电流增益以承载需要的电流。
哀rM579+Scrips的墓本应用特性
优化应用范圈
和电甜6WVTTF―Moom
的IGHT卜的阴
M57957I
2
Jt
€JOO
50
M5795KI
5
JC
底400
■
ft
100
M579621
W400
200
M57958F/
20
无
600
1000
至I000
在使用M57962L驱动大功率IGBT模块时，应注意以下三个方面的问题：
驱动芯片的最大输出电流峰值受栅极电阻Rg的最小值限例如，对于M57962L来说，Rg的允许值在5Q左右，这个值对功率的IGBT来说高了一些，且当Rg较高时，会引起IGBT的开升时间td（on）、下降时间td（off）以及开关损耗的增大，在较高开率（5kHz以上）应用时，这些附加损耗是不可接受的。
即便是这些附加损耗和较慢的开关时间可以被接受，驱动的功耗也必须考虑，当开关频率高到一定程度时（高于14，会引起驱动芯片过热。
驱动电路缓慢的关断会使大功率IGBT模块的开关效率降这是因为大功率IGBT模块的栅极寄生电容相对比较大，而驱路的输出阻抗不够低。
还有，驱动电路缓慢的关断还会使率IGBT模块需要较大的吸收电容。
上这三种限制可能会产生严重的后果，但通过附加的Booster都可以加以克服，如图9所示。
从图10（a）可以看出，在IGBT过流信号输出以后，门极电压会以一个缓慢的斜率下降。
图10（b）及图10（c）给出了IGBT短路时
的软关断过程（集电极－发射极之间的电压uCE和集电极电流iC的软关断波形）
0引言
随着电力电子技术朝着大功率、高频化、模块化发展，绝缘栅双极品体管（IGBT）已广泛
应用于开关电源、变频器、电机控制以及要求快速、低损耗的领域中。
IGBT是复合全控型电
压驱动式电力电子器件，兼有MOSFE和GTR的优点：
输入阻抗高，驱动功率小，通态压降小，工作频率高和动态响应快。
目前，市场上500~3000V800〜I800A的IGBT，因其耐高压、功率大的特性，已成为大功率开关电源等电力电子装置的首选功率器件。
1驱动保护电路的原则
由于是电压控制型器件，因此只要控制ICBT的栅极电压就可以使其开通或关断，并且开通时维持比较低的通态压降。
研究表明，IGBT的安全工作区和开关特性随驱动电路的改变而变化。
因此，为了保证IGBT可靠工作，驱动保护电路至关重要。
IGBT驱动保护电路的原则如下。
（1）动态驱动能力强，能为栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲；
⑵开通时能提供合适的正向栅极电压（12~15V），关断时可以提供足够的反向关断栅极电压（一5V）；
（3）尽可能少的输入输出延迟时间，以提高工作效率；
（4）足够高的输入输出电气隔离特性，使信号电路与栅极驱动电路绝缘；
（5）出现短路、过流的情况下，具有灵敏的保护能力。
目前，在实际应用中，普遍使用驱动与保护功能合为一体的IGBT专用的驱动模块。
2集成驱动模块
为了解决IGBT的可靠驱动问题，世界上各厂家丌发出了众多的IGBT集成驱动模块。
日本富士公司的EXB系列，三菱电机公司的M57系列，三社电机公司的GH系列，美国国际整流器公司的TR系列，Unitrode公司的UC37系列以及国产的HL系列。
以下是几种典型的集成驱动模块。
2.1EXB841模块的分析
EX841高速驱动模块为15脚单列直插式结构，采用高隔离电压光耦合器作为信号隔离，内部结构图如图I所示，其工作频率可达40kHz,可以驱动400M600V以内及300A/I200V的IGBT管，其隔离电压可达2500AC/min,工作电源为独立电源20±
1V,内部含有一5V稳压电路，为ICBT的栅极提供+15V的驱动电压，关断时提供一5V的偏置电压，使其可靠关断。
当脚15和脚14有10mA电流通过时，脚3输出高电平而使IGBT在1卩s内导通；
而当脚15和脚14无电流通过时，脚3输出低电平使IGBT关断；
若ICBT导通时因承受短路电流而退出饱和，Vce迅速上升，脚6悬空，脚3电位在短路后约3.5卩s后才开始软降。
图IEX1^841内部结构图
EXB841典型应用图如图2所示，电容C1、C2用于吸收高频噪音。
当脚3输出脉冲的同时，通过快速二极管D1检测IGBT的C-E间的电压。
当Vce>
7V时，过流保护电流控制运算放大器，使其输出软关断信号，在10卩s内将脚3输出电平降为Q因EXB841无过流自锁功能，所以外加过流保护电路，一旦产生过流，可通过外接光耦TLP521将过流保护信号输出，经过一定延时，以防止误动作和保证进行软关断，然后由触发器锁定，实现保护。
图2EXH84I的典理应用
缺点：
EXB84l过流保护阀值过高，Vce>
7V时动作，此时已远大于饱和压降；
存在保护肓
区；
在实现止常关断时仅能提供一5V偏压，在开关频率较高、负载过大时，关断就显得不可
靠；
无过流保护自锁功能，在短路保护时其栅压的软关断过程被输入的关断信号所打断。
2.2M57962L模块的分析
M57962AL是一种14脚单列直捕式结构的厚膜驱动模块，其内部结构图如图3所示。
它
由光耦合器、接口电路、检测电路、定时复位电路以及门关断电路组成，驱动功率大，町以驱动600A/600V及400A/I200V等系列IGBT模块。
软关断电路
04
图3M57962L内部姑构图
M5796AL具有高速的输入输出隔离，绝缘电压也可达到AC2500V/min；
输入电平与TTL电平兼容，适于单片机控制；
内部有定时逻辑短路保护电路，同时具有延时保护特性；
采用双电源供电方式，相对于EXB84I来说，虽然多使用一个电源.但IGBT可以更可靠地通断。
典型应用图如图4所示。
当驱动信号通过脚14和脚13时，经过高速光耦隔离，由M57962AL内置接口电路传输至功率放大极，在M57962AL的脚5产生+15V开栅和一10V关栅电压，驱动IGBT通断。
当脚1检测到电压为7V时，模块认定电路短路，立即通过光耦输出关断信号，使脚5输出低电平，从而将IGBT的G-E两端置于负向偏置，可靠关断。
同时，输出误差信号使故障输出端（脚8）为低电平，从而驱动外接的保护电路工作。
延时2〜3s后，若检测到
脚13为高电平，贝UM57962AL恢复工作。
稳压管DZ1用于防止D1击穿而损坏M57962ALRg为限流电阻，DZ2和DZ3起限幅作用，以确保可靠通断。
图4M57962L典型应用
比较：
与EXB841相比，M57962AL需要双电源（+15V,—1OV）供电，外周电路复杂。
而正是因为M57962A可输出一10V的偏压，使得IGBT可靠地关断；
另外，M57962AL具有过流保护自动闭锁功能，并且软关断时间可外部调节，而EXB841的软关断时间无法调节。
所以
M57962AL较EXB841更安全、可靠。
2.3HL402模块的分析
HL402是17脚单列直插式结构，内置有静电屏蔽层的高速光耦合器实现信号隔离，抗干扰能力强，响应速度快，隔离电压高。
它具有对IGBT进行降栅压、软关断双重保护功能，在软关断及降栅压的同时能输出报警信号，实现封锁脉冲或分断主回路的保护。
它输出驱动电压幅值高，正向驱动电压可达15〜17V,负向偏置电压可达10〜12V,因而可用来直接驱动容量为400A/600V及300A/1200V以下的IGBT。
HL402结构图如图5所示。
图5中，VL1为带静电屏蔽的光耦合器，它用来实现与输入信号的隔离。
由于它具有静电屏蔽，因而显著提高了HL402抗共模干扰的能力。
图5中U1为脉
冲放大器，S1、S2实现驱动脉冲功率放大，U2为降栅压比较器，正常情况下由于脚9输入的IGBT集电极电压VCE不高于U2的基准电压VREFU2不翻转，S3不导通，故从脚17和脚16输入的驱动脉冲信号经S2整形后不被封锁。
该驱动脉冲经S2、S2放大后提供给IGBT使其导通或关断，一旦IGBT退饱和，则脚9输入集电极电压给IGBT使其导通或关断，并且脚9输入的集电极电压采样信号VCE高于U2的基准电压VREF比较器U2翻转输出高电平，使S3导通，由稳压管DZ2将驱动器输出的栅极电压VGE降低到10V。
此时，软关断定时器U3在降栅压比较器U2翻转达到设定的时间后，输出正电压使S4导通，将栅极电压软关断降到IGBT的栅射极门限电压，给IGBT提供一个负的驱动电压，保证IGBT可靠关断。
a51H402结构图
HL402典型应用图如图6所示。
在实际电路中，C1、C2C3C4需尽可能地靠近H1402的脚2、脚I、脚4安装。
为了避免高频耦合及电磁干扰，由HL402输出到被驱动IGBT栅射
极的引线需要采用双绞线或同轴电缆屏蔽线，其引线长度不超过1m脚9和脚13接至IGBT
集电极的引线必须分开走，不得与栅极和发射极引线绞合，以免引起交叉干扰。
光耦合器L1
可输入脉冲封锁信号，当L1导通时，HLA02输出脉冲立即被封锁至-10V。
光耦合器L2提供软关断报警信号，它在躯动器软关断的同时导通光耦合器L3,提供降栅压报警信号。
使用中，通过调整电容器C5C6C7的值，可以将保护波形中的降栅压延迟时间、降栅压时间、软关断斜率时间调整至合适的值。
在高频应用时，为了避免IGBT受到多次过电流冲击，可在光耦
合器L2输出数次或1次报警信号后，将输入脚16和脚17间的信号封锁。
H402
ffl6HL402典型应用
小结：
以上三者中，M57962A和HL402都采用陶瓷基片黑色包装，EXB841采用覆铜板黄色包装，由于陶瓷基片的散热性能和频率特性比覆铜板好，HL402的负载能力和散热性能最
好，加之合理的布局设计，在三者中的工作频率最高，保护功能最全，而EXB841和M57962AL都没有降栅压保护功能。
另外，HL402和M57962ALS供负偏压的稳压管，放于外部，既有灵活性又提高了可靠性，而EXB841的稳压管在内部，经常因稳压管的损坏而失效。
因此，HL402凭借其优越的性能可以弥补另外两者的缺陷。
2.4GH-039模块的分析
GH-039采用单列直插式12脚封装，功耗低、工作中发热很小，可以高密度使用它采用单电源工作，内置高速光耦合器，带有软关断过流保护电路，过流保护除闭锁自身输出外，还给出供用户使用的同步输出端。
它可以用来直接驱动300A/600V以下的IGBT模块。
其内部结构图如图7所示，工作原理与EXB和M57系列模块相类似，这里不再赘述。
而与EXB系列和M57系列的模块不同的是该模块已含有保护后发送报警或动作信号的光耦合器，所以使用中不需要像EXB和M57系列的模块外接光耦合器，因而更加方便，其性能比EXB和
M57系列的模块在保护性能上更加优越；
在可靠性方面，由于GH-039是单电源供电，不能提
供负偏压，从而导致ICBT不能可靠地关断。
与HL402相比，CH-039保护功能还不完善，它也同EXB841和M57962AL一样无降栅压保护。
因此，GH-039驱动模块也是有缺陷的。
图7GlU39结构国
GH-039典型接线图如图8所示。
工作电源VCC为26V;
为了保持电压稳定，滤波电容器
应尽可能靠近GH一039模块安装和使用，且其电容值不能小于10卩F,并应选用高质量的电
容；
串入GH-039脚12与ICBT集电极之间的二极管D1,应选超快速恢复二极管，并且要保
证其反向耐压不低于ICBT的集电极与栅极之间的额定电压；
为防止所连接的过流保护端子光
电隔离器的误动作，应在D1与GH一039的脚12之间串入100Q的电阻；
接于脚10与脚12
之间的D2选用超快速恢复二极管，其反向耐压可以低于IGBT的集射极间耐压。
图8GH-039典型应用
2.5其他驱动器
（1）IR系列驱动器IR系列驱动器主要是为驱动桥臂电路而设计的，该芯片具有14脚,DIP封装。
它具有过流保护和欠压保护功能，特别是它具有自举浮动电源大大简化了驱动电源的设计，只用一路电源即可驱动多个功率器件。
其缺点是本身不能产生负偏压，当用于驱动桥式电路时，由于米勒效应的作用，在开通与关断时刻，容易在栅极上产生干扰，造成桥臂短路；
另外IR系列驱动器采用了不隔离的驱动方式，在主电路的功率器件损坏时，高压可能直接串入驱动器件，致使驱动模块及前极电路损坏。
（2）UC37系列驱动器该系列驱动器一般由UC3726和UC3727两片芯片配对使用，其工作频率较高，但在两芯片之间需增加脉冲变压器，给电路的使用和设计带来不便，因此该系列驱动器在我同并未得到推广。
3结语
升级会员 