几种用于IGBT驱动的集成芯片Word格式文档下载.docx

1、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） : 5 mA （最大）；2） 电源电流（ICC） : 11 mA （最大）;3） 电源电压（VCC） : 1035 V;4） 输出电流（IO） : 0.5 A （最 小）；5）

2、 开关时间（tPLH /tPHL ） : 0.5卩（s最大）;6） 隔离电压：2500 Vpms （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1 cm。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,1 200

3、 V/200 A的IGBT上电 流 的实验波形50 A/10 Qs。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

4、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。2.2 EXB8.Series （ FUJI ELECTRIC 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

5、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10 kHz开关频率工作的 IGBT,高速系列可用于达到40 kHz开关频率工作的IGBT）。2）内置光耦可隔离高达2 500 V/mi n 的电压C）3）单电源供压使其/、

6、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。ft 4 AKR. So”的主要JS用15合MM V IGBTA4K41200 iun 的总W400 A75 * J4X） 1杯丹乘河KXIiSSOf:ifK5nIXHS4OFXHR41FXRK40EXHMJ1）标准系列：驱动电路中的信号延迟w 4卩s2）高速系列：驱动电路中的信号延迟w 1.5 ys 图6给出了 EXB8.Series的功能

7、方框图。M T * vTI k IFF! OTIIT idlk 机價：1ft 1 Jft表6给出了 EXB8.Series工作时的推荐工作条件 。表6 EXB8.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400 A,电压高达1200 V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10 kHz的开关操作，而高速型的IC适用于频率高达40 kHz的开关操作。

8、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1 m； 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.Se

9、ries 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

10、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1 200V /300 A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 产生的一5 V信号，容易受到外部的干扰。因此对于300 A以上的IGBT 或 者 IGBT 并 联 时 ， 就

11、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

12、 性 能 的 要2. 3 M579.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，

13、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 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2 EXH84I的典理应用缺点：EXB84l过流保护阀值过高，Vce7V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

14、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. 2 M57962L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0 4图3 M57962L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 AC 2500V/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

15、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 23s后，若检测到脚13为高电平，贝U M57962AL恢复工作。稳压管DZ1

16、用于防止D1击穿而损坏M57962AL Rg 为限流电阻，DZ2和DZ3起限幅作用，以确保可靠通断。图4 M57962L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。2.3 HL402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

17、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1517V,负向偏置电压可达1012V,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

18、电压VREF U2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。a 5 1H402结

19、构图HL402典型应用图如图6所示。在实际电路中，C1、C2 C3 C4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C5 C6 C7的值，可以将保护波形中的降栅压延

20、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。H402ffl 6 HL402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

21、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. 4 GH-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E

22、XB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7 Gl U39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

23、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8 GH-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