用于功率變換器的IGBT驅(qū)動(dòng)核心電路
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例如，在一個(gè)電力電子逆變器中，微控制器提供系統(tǒng)正確運(yùn)行所需要的數(shù)字信號(hào)。IGBT驅(qū)動(dòng)電路的功能就是將來(lái)自于微控制器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有足夠功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來(lái)保證IGBTs安全地關(guān)斷與開通。另一方面，IGBT驅(qū)動(dòng)電路為微控制器和功率晶體管之間的電壓提供電氣隔離。為了在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)功率模塊得到正確和有效的保護(hù)，保護(hù)功能也被集成到驅(qū)動(dòng)電路中上。
因此用于IGBT功率模塊上的驅(qū)動(dòng)電路必須能夠完成門極驅(qū)動(dòng)和模塊保護(hù)功能。它們還必須能為控制部分和功率半導(dǎo)體之間提供電氣隔離，并滿足多種不同型號(hào)IGBT的驅(qū)動(dòng)要求。為了滿足上述要求，必須對(duì)現(xiàn)有的門極驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行優(yōu)化。具體地說(shuō)，就是必須在諸多因素如功能，靈活性以及性價(jià)比之間尋求最優(yōu)平衡，所幸的是，在新的門極驅(qū)動(dòng)電路SKYPERTM中我們做到了這一點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)
圖1是SKYPERTM 驅(qū)動(dòng)電路的原理框圖。該電路是一個(gè)半橋電路，它具備基本驅(qū)動(dòng)電路所有的功能，如電勢(shì)隔離，保護(hù)功能如VCE監(jiān)測(cè)，短脈沖抑制，欠壓監(jiān)測(cè)以及死區(qū)時(shí)間。通過(guò)使用特定用途集成電路（ASICs芯片）以及基于基本驅(qū)動(dòng)器功能的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，它需要的元器件比傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路要少得多。
驅(qū)動(dòng)器核心電路在＋15v穩(wěn)壓電源下工作并處理15v數(shù)字控制信號(hào)。
電源隔離
電源隔離最重要的要求就是必須具有很高的隔離電壓和足夠高的dv/dt。通過(guò)從原邊到副邊使用pF級(jí)的小容量耦合電容就可以得到高的dv/dt。這也會(huì)減小在功率半導(dǎo)體開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)由位移電流導(dǎo)致的信號(hào)發(fā)射干擾。就逆變器而言，IGBTs的快速開關(guān)會(huì)導(dǎo)致比較大的電壓階躍（高dv/dt值）。因此有必要考慮噪聲信號(hào)可能會(huì)影響到控制信號(hào)。這些噪聲信號(hào)可以通過(guò)電氣隔離器件的耦合電容到達(dá)控制系統(tǒng)。
在上圖所示的驅(qū)動(dòng)核心電路中，（副邊的）功率開關(guān)管與（原邊的）信號(hào)電路被磁性變壓器隔離，磁性變壓器還傳遞驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電流能量以及故障信號(hào)。這意味著驅(qū)動(dòng)核心電路適用于電壓達(dá)1700V的IGBTs。
使用信號(hào)變壓器（脈沖變壓器）不僅可以提供高質(zhì)量的電氣隔離，它在原邊與副邊間還有很高的dv/dt(50kv/us)。與光耦構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路不一樣的是，信號(hào)變壓器可靠性好，而且能夠進(jìn)行信號(hào)的雙向傳遞。
鐵氧體隔離變壓器為驅(qū)動(dòng)電路的副邊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并提供驅(qū)動(dòng)IGBTs開關(guān)動(dòng)作所需要的能量。圖2是DC/DC變換器的電路圖。信號(hào)發(fā)生電路被集成到專用的ASIC芯片當(dāng)中。通過(guò)兩路互補(bǔ)的500kHz同步脈沖信號(hào)TRP和TRN輸出，分別驅(qū)動(dòng)一個(gè)p溝道MOSFET和一個(gè)n溝道MOSFET。為了防止上下橋臂的兩個(gè)互補(bǔ)MOSFETs同時(shí)導(dǎo)通發(fā)生短路，15v脈沖信號(hào)采用互鎖設(shè)計(jì) 。在副邊采用了整流和穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)以產(chǎn)生一路正電壓和一路負(fù)電壓。由于集成的DC/DC變換器，就不再需要外部的隔離電源。
評(píng)論