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基于EXB841的IGBT 驱动电路优化设计

作者:时间:2018-08-28来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/387822.htm

负偏压和保护特性是互相影响的.在通过外接稳压管提高负偏压时,正向驱动电压将下降.因为受内置检测稳压二极管Vs1稳压值的限制,负偏压和保护阈值电压之和不得高于13 V,否则将被视为过流状态而不能正常工作.因此,在提高负偏压的同时,为保证可靠稳定的工作,采用24 V单独直流电源供电以提高正向控制电压.

为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡,减少集电极大的电压尖脉冲,需在栅极串联电阻Rg .Rg增大会使的通断时间延长,能耗增加,但在关断时,可以延长关断时问以便减小过电压,防止较大的du/dt导致IGBT发生擎住效应;减小Rg又会加大电流的变化率,可能引起误导通或损坏IGBT,故应合理设计栅极串联电阻Rg .优化采用了不对称的开启和关断方法.在IGBT开通时,的3脚提供+16 V电压,电阻Rg1经二极管V03和Rg2并联使Rg值较小,有利于减小IGBT的开通时间和开通损耗,在IGBT关断时,内部的V5导通,3脚电平为0,优化在IGBT的E极提供-8 V电压,使二极管V03截止,Rg=Rg2具有较大值,并用30 kΩ的电阻Rge和30 pF电容并联抑制干扰.

2.2 过流检测电路

偏高的保护动作阈值难起到有效的保护作用,必须合适设置此阈值.但由于器件压降的分散性和温度影响,又不宜设置过低.为了适当降低动作阈值,已经提出过采用高压降检测二极管或采用串接3 V反向稳压管及二极管的方法.该方法不能在提高了负偏压的情况下使用,因为正常导通时,IGBT约有3.5 V左右的压降,负偏压的提高使6脚在正常情况下检测到的电平将达到12 V左右,随着IGBT 的工作电流增大,强电磁干扰会造成误报警,出现虚假过流.本优化电路用可调电阻RW3实现阈值电压的调整,10V稳压管Vs03设置检测阈值下限,可较精确地设置小于IGBT极限过载电流的实际过流值.

2.3 虚假过流故障识别与故障信号锁存电路

当EXB841的6脚检测到过流发生时,EXB841进入软关断过程,内部电路(C3,R6)产生约3us的延时,若3us后过流依然存在,5脚输出低电平作为过流故障指示信号,高速光耦6N136导通,三极管V01截止,过流高速比较器LM319输出高电平,电容C03通过R07充电,若LM319输出持续高电平时间大于设定保护时间(一般5us),C03 的充电电压达到击穿稳压管VS01的电压,使三极管Vs02饱和导通输出低电平,触发后接R-S触发器锁定过流指示信号,由前级控制电路(如送至SG3525的10脚)封锁PWM脉冲信号和实现故障保护动作.若是虚假过流,在VS02饱和导通前EXB841的5脚电平将恢复为高电平,不会触发后接R-S触发器,整个电路自动恢复到正常工作状态.

EXB841的软关断时间是由内部元件R7和C4的时间常数决定的,为了提高软关断的可靠性,在EXB84l的4和5两端外加电阻Rw1可缩短软关断时间,在4和9两端外加电容C01可避免过高的di/dt产生电压尖峰,但应合理选择Rw1与C01,太大的值将增大内部三极管V3的集电极电流.

3 试验结果分析

图3为典型软关断波形(a)和优化驱动电路软关断波形(b)示意图,从图中可以看到,优化驱动电路可较快地施加负偏压,进一步提高了EXB841驱动的可靠性.

图3 软关断波形对比

图4为典型驱动电路的实测波形,图5为优化驱动电路的实测波形.从图4可知典型驱动电路的反向关断电压不到-5 V,正向驱动电压约为14 V,优化驱动电路的反向关断电压超过-7.8 v,正向驱动电压达到15.2 V,正反向偏置电压同时得到了调整.实验中还发现Rge两端未并接电容时,正向驱动电压上升沿很陡,但由正向驱动电压切换到反向关断电压时,先有一很陡的快速下降过程,接近0 V时,经过缓慢的过渡过程才达到稳态反向关断电压,这是由于反向充电时间常数过大引起的.

图4 原典型驱动电路试验波形

图5 驱动优化电路试验波形

原EXB841典型驱动电路应用到大功率臭氧电源时,电源系统极易出现故障,表现为:由于负偏压不足,导致内部稳压管损坏,容易引起IGBT发生直通现象,导致IGBT经常炸毁.因强电磁干扰的存在,致使EXB841在电流较小时就产生虚假过流的故障报警,使得设备无法正常运行.优化驱动电路应用到电源后,以上几种故障均得以消除,设备在满负荷下能长时间可靠运行.

4 结论

基于EXB841的IGBT优化驱动电路具有较好的实用性,它既提高了EXB841的驱动能力,又对虚假过流信号具有很强的识别功能,实现了对真正过流的保护.将优化驱动电路应用于大功率臭氧发生电源后,彻底消除了使用典型驱动电路所出现的虚假过流保护现象,电源系统性能更稳定可靠.


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