1700V,200~300A IGBT的驱动和保护电路设计
T短路电流检测;
脚15(VLED2+)光耦测试引脚,悬挂;
脚16(VE)输出基准地。
其工作原理如图1所示。若VIN+正常输入,脚14没有过流信号,且VCC2-VE=12v即输出正向驱动电压正常,驱动信号输出高电平,故障信号和欠压信号输出低电平。首先3路信号共同输入到JP3,D点低电平,B点也为低电平,50×DMOS处于关断状态。此时JP1的输入的4个状态从上至下依次为低、高、低、低,A点高电平,驱动三级达林顿管导通,IGBT也随之开通。
若IGBT出现过流信号(脚14检测到IGBT集电极上电压=7V),而输入驱动信号继续加在脚1,欠压信号为低电平,B点输出低电平,三级达林顿管被关断,1×DMOS导通,IGBT栅射集之间的电压慢慢放掉,实现慢降栅压。当VOUT=2V时,即VOUT输出低电平,C点变为低电平,B点为高电平,50×DMOS导通,IGBT栅射集迅速放电。
3.2 驱动电路设计
驱动电路及参数如图3所示。
![](../img/eef/hardware-45761akap4bz2tx0.jpg)
HCPL-316J左边的VIN+,FAULT和RESET分别与微机相连。R7,R8,R9,D5,D6和C12 起输入保护作用,防止过高的输入电压损坏IGBT,但是保护电路会产生约1μs延时,在开关频率超过100kHz时不适合使用。
在输出端,R5和C7关系到IGBT开通的快慢和开关损耗,增加C7可以明显地减小dic/dt。首先计算栅极电阻:其中ION为开通时注入IGBT的栅极电流。为使IGBT迅速开通,设计,IONMAX值为20A。输出低电平VOL=2v。可得
![](../img/eef/hardware-457624m5xzjthxah.jpg)
C3是一个非常重要的参数,最主要起充电延时作用。当系统启动,芯片开始工作时,由于IGBT的集电极C端电压还远远大于7V,若没有C3,则会错误地发出短路故障信号,使输出直接关断。当芯片正常工作以后,假使集电极电压瞬间升高,之后立刻恢复正常,若没有C3,则也会发出错误的故障信号,使IGBT误关断。但是,C3的取值过大会使系统反应变慢,而且在饱和情况下,也可能使IGBT在延时时间内就被烧坏,起不到正确的保护作用, C3取值100pF,其延时时间
![](../img/eef/hardware-45763i3tyvveiq33.jpg)
在集电极检测电路用两个二极管串连,能够提高总体的反向耐压,从而能够提高驱动电压等级,但二极管的反向恢复时间要很小,且每个反向耐压等级要为1000V,一般选取BYV261E,反向恢复时间75 ns。R4和C5的作用是保留HCLP-316J出现过流信号后具有的软关断特性,其原理是C5通过内部MOSFET的放电来实现软关断。图3中输出电压VOUT经过两个快速三极管推挽输出,使驱动电流最大能达到20A,能够快速驱动1700v、200-300A的IGBT。
3.3 驱动电源设计
在驱动设计中,稳定的电源是IGBT能否正常工作的保证。如图4所示。电源采用正激变换,抗干扰能力较强,副边不加滤波电感,输入阻抗低,使在重负载情况下电源输出电压仍然比较稳定。
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当s开通时,+12v(为比较稳定的电源,精度很高)电压便加到变压器原边和S相连的绕组,通过能量耦合使副边经过整流输出。当S关断时,通过原边二极管和其相连的绕组把磁芯的能量回馈到电源,实现变压器磁芯的复位。12v经过R1,D2给C1充电,其充电时间t1≈R1C2ln2;放电时间t2=R2C1ln2,充电时输出高电平,放电时输出低电平。所以占空比=t1/(t1+t2)。
变压器按下述参数进行设计:原边接+12v,频率为60kHz,工作磁感应强度Bw为O.15T,副边+15v输出2A,-5v输出1 A,效率n=80%,窗口填充系数Km为O.5,磁芯填充系数Kc为1,线圈导线电流密度d为3 A/mm2。则输出功率
PT=(15+O.6)×2×2+(5+O.6)×1×2=64W。
变压器磁芯参数
![](../img/eef/hardware-45765hwz42sb5fsy.jpg)
由于带载后驱动电源输出电压会有所下降,所以,在实际应用中考虑提高频率和占空比来稳定输出电压。
4 结语
本文设计了一个可驱动l700v,200~300A的IGBT的驱动电路。硬件上实现了对两个IGBT(同一桥臂)的互锁,并设计了可以直接给两个IGBT供电的驱动电源。
- 三路输出LED驱动器可驱动共阳极LED串(08-17)
- 编写用于模数转换器的软件驱动程序(08-19)
- LED向“绿色”转变需要高性能LED驱动器(08-17)
- 省电、高亮度LED需要高性能LED驱动器(08-16)
- LED照明的操作要求对驱动器IC性能构成压力(08-17)
- 大电流/高速LED驱动器彻底改变了PWM调光(08-19)