1 确定igbt门极容量 在设计和选购igbt 驱动器之前,必须首先知道igbt 的门极负荷q,这是一个十分重要的参数,但在igbt 的技术参数中生产厂家一般并不直接给出,而需要我们借助其它参数得到。igbt 具有mosfet 的输入级,在igbt的技术资料中往往有一个参数ciss,一般我们把它叫作输入电容,该电容的测试往往是在ugs=0,uos=25v,f=1mhz 的情况下进行,由于密勒效应, 该值往往比在ugs= o v 时要小,根据实践经验,igbt 的输入电容一般满足下面的公式 cin≈5ciss 一般simens 和 eupec 公司的igbt 满足上述公式。 知道了igbt 的输入电容cin,门极的负荷可以由下面公式得到 q=∫oidt= cin △ u。 △ u 代表门极的驱动电压, 大多数的igbt 开通电压+15v,关断电压-5v,因而△u= 2 0 v , 如应用十分广泛的e x b 8 4 1 系列。高电压、大电流igbt 往往开通关断均为15v,因而△ u= 3 0 v 。 2 开关频率确定 开关频率的大小不仅影响系统的控制精度,而且影响系统的整体性能,如运行效率,噪声指标。开关频率是所有电力电子变换器的一个重要参数。 根据igbt 的门极容量,储存在igbt 输入电容中的能量可以计算得到 每个脉冲周期栅极充放电各一次,因而驱动一只igbt 的功率为: f 为开关频率。驱动器的平均输出电流iout可以这样得到: p=iout * △u 比较上面两式q=iout / f 驱动器的平均电流在数据文档可以找到,则igbt的最大允许开关频率可以得到: 。 3 门极驱动电阻rg的选取 igbt 的开关时间是由驱动器对igbt 的输入电容的充放电来控制, 增加门极输出电流,igbt 开通时间和关断时间会相应缩短,开关损耗也会降低, rg主要是用来限制门极输出的降值电流, rg可由下式确定: rg = △u / ipeak ipeak一般可以在驱动器数据文档中找到。有些情况下,充放电峰值电流不同,门极电阻可以分别选取。 4 igbt驱动器的比较选择 4.1 光电耦合和变压器耦合式比较 光电耦合隔离式采用直流电源,输出脉冲宽度可调。通过检测集电极电压实现过电流保护。具有使用方便稳定性好的优点。缺点是双侧均采用电源,电路复杂。比如exb841驱动器,光电耦合器输入与输出之间耐压一般较低为交流2500v,但实际使用中设备承受力不符合其条件,给使用带来限制。另外,一旦igbt 烧坏,驱动器受到损坏给维修带来不便且不经济。 变压器耦合隔离式不用专设的电源,线路简单, 输入输出间耐压高, 成本低、响应快.缺点是igbt 关断期间得不到持续的反向门极电压,抗干扰能力差,且输出脉冲宽度不可调,不能实现过电流保护,并且由于漏感的存在使绕组的绕制工艺复杂容易出现振荡。 4.2 igbt 驱动器选择 目前市场上可见的驱动器:光电耦合隔离驱动器有日本富士exb841,国内落木源电子ka101,日本英达hr065等。变压器隔离式驱动器有美国unitrode公司uc3724-3725系列,还有专用的用来驱动一个桥臂上2个igbt的美国ir公司的ir2110及国内落木源电子的kd303，还有德国西门子公司的skh121等。可供选用的范围很广,应用方便。但使用时应注意过电流问题, 比如exb841 系列驱动器,采用era34-10 型快速二极管, 导通电压为3v , 反向耐压采用与igbt 相同的等级.可以实现自身过电流保护,但若igbt 过电流对其寿命是有影响的。解决办法是: ①反串稳压管, 限制igbt 的电流为200a,使工作稳定可靠且电路简单;②采用电流传感器进行直接限流.上述几种驱动器由窄脉冲过电流无法限制,应采用别的措施,在此不一一论述。
电力电子器件知识讲座(十三) MOSFET及IGBT栅级专用驱动电路(二)
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