资讯详情

逆变H桥IGBT单管驱动+保护

目录:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
大家都知道,IGBT单管相当脆弱,电流容量相同IGBT单管比电流容量相同的单管好MOSFET也就是说,在逆变H桥中,MOSFET上去没问题,但是IGBT上去,开机带载可能会爆炸。估计很多人都深有体会到这一点。
当时看到做鱼机的哥们用FGH25N120AND这个,反映很容易烧,当时不同意。
只有当我在工作中遇到它时,我必须使用它IGBT当我发现自己错了,一开始我很天真的想,一个IRFP460,20A/500V的MOSFET,我用个SGH40N60UFD40A/600V的IGBT上去怎么也不会炸,实际情况是,装载后,突然加载并取消装载,几次下来就炸了,我以为是电路焊接不好,然后换上同样的,还是炸了,浪费了很多。IGBT。
后来发现了一些规律,就是采用峰值电流保护可以采取措施IGBT不会炸。IGBT介绍选型见电子元件-三极管/场效应管/IGBT”。
我们将这个问题分为几部分来解决:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
这次采用的IGBT为IXYS的,IXGH48N60B3D1.驱动电路如下:

这是一个非常典型的应用电路,可以完全使用IGBT或者MOSFET,但也有一些不同的地方。
1.负压产生电路
2、隔离驱动
3.单独供电
首先,让我们总体看看。这条电路没有保护,用于100%的逆变器爆炸,但我们可以找出这条电路的本质。
先说重点:
1:驱动电阻R2.这在驱动中非常重要D1配合关闭时,让IGBT的CGE快速放电,其实看需要,这个D1也可以不,也可以D在回路中串联一个电阻做0FF关闭时的栅极电阻。
以下是几张不同栅极电阻和高压的波形照片HV 400V当共同工作时,上下两个IGBT网极的实际情况。

上图第一个是在取消负压时,上下两管之间的栅极波形,栅极电阻为10R情况下。
这张图不加DC400V下图测量2管G极波形DC400V二管栅极波形。
为什么第二张图会有尖峰?这应该从IGBT说起内部情况,简单来说,IGBT的GE上有一个寄生的电容,它和另外的CGC一个寄生电容一个水池,即QG,其实这个和MOSFET也很像的。
让我们来看看为什么是4000V另外,下管G级会产生尖峰。借花献佛,抓一张图片说明:

如上图所示,当上管导通时,此时止,因为上管导通时,此时应引入DV/DT概念,这个比较抽象,先不管它,简单通俗地说就是上管导通时,上管等效为直通, DC400V电压立即加入下管C级,如此高的电压立即从IGBT在寄生电容上产生感应电流,该感应电流在上图中有一个公式计算RG在电阻和驱动内阻的共同作用下,在下管的栅极上形成尖峰电压,如上述示波器截图所示。到目前为止,还没有引入米勒电容器的概念来理解这些,然后看看什么是米勒电容器,以及它对电路的影响。
这个尖峰有很多缺点。从上面的示波截图可以看出,在尖峰时刻,下管实际上已经达到了7。V电压,也就是说,在这段时间的尖峰期,上下两根管道是共同导通的。下管的导通时间很短,但由于有TON时间关系在里面,所以电流不会太大。管道不会爆炸,但会发热。传输功率越大,效率越严重。
最初,增加负压后需要发送波形照片。负压可以使尖峰处于安全电平范围内。示波器需要U盘导出位图,这是如此清晰。今天我懒得摸仪器。
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
说到这一步,就是离保护不远了,经验就是电流采集速度要很快,这样才能在过流或短路的时候迅速告诉后面的电路,这里出问题了。让IGBT迅速安全的关闭。
这个电路该如何实现呢?对于逆变电路,我们可以直接用电阻采样,也可以用VCE管压降探测方式。管压降探测这个论坛里有多次讨论出现过,但是都没有一个真正能用、真正实际应用过、测试过的电路(专用驱动芯片例外),这是因为每种实际应用的参数大不一样,比如IGBT参数不同,需要调整的参数很多,需要一定的经验做调整。
我们可以从最简单的方式入手,采用电阻检测这个电流,短路来了,可以在电阻上产生压降,用比较器和这个电压进行比较,得出最终是否有过流或者短路信号。
用这个图就可以了,因为原理非常简单,就一个比较的作用,大家实现起来会非常容易,没有多少参数可以调整的。

上图是采样H桥对地的电流,举个例子:如果IGBT是40A,我们可以采取2倍左右的峰值电流,也就是80A,对应上图,RS为0.01R,如果流入超过80A脉冲电流那么在该电阻上产生0.01R*80A=0.8V电压,此电压经过R11、C11消隐之后到比较器的+端,与来自-端的基准电压相比较,图上的-端参考电阻设置不对,实际中请另外计算,本例可以分别采用5.1K和1K电阻分压变成0.81V左右到-端,此时如果采样电阻RS上的电压超过0.8V以上,比较器立即翻转,输出SD 5V电平到外部的电路中。这个变化的电平信号就是我们后面接下来需要使用的是否短路过流的信号了。
有了这个信号,那我们如何关闭IGBT呢?我们可以看情形是否采取软关闭,也可以采取直接硬关闭。
采取软关闭,可以有效防止在关闭的瞬间造成电路的电压升高的情况,关闭特性非常软,很温柔,非常适合于高压大功率的驱动电路。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
如果采取硬关闭,可能会造成高压DC上的电压过冲,比如第一图中的DC400V高压可能变成瞬间变成DC600V也说不定,当时我看一些资料上的记载的时候,非常难以理解:关就关了嘛,高压难道还自己升上去了?实际情况却是真实存在的。
如果大家难以理解,可以做个试验,家里有水塔的最清楚,水塔在很高的楼上,水龙头在一楼,打开水龙头,水留下来了,然后用极快的速度关闭这个水龙头,你会听到水管子有响声,连水管子都会要震动一下(不知道说的对不对,请高手指正,在此引入水龙头这个例子还得感谢我读书的时候,老师看我们太笨了,讲三极管特性原理的时候打的比喻,在此我要感谢他),IGBT在桥电路的原理同样如此。在IGBT严重短路的时候,如果立马硬关闭IGBT,轻则只是会在母线上造成过冲的感应电压(至于为何会过冲可以查相关资料,很多资料都说到了),管子能抗过去,比如你在直流高压母线上并联非常好的吸收电容,有多重吸收电路等等……
重则,管子关闭的时候会失效,关了也没有用,IGBT还是会被过冲电压击穿短路,而且这个短路是没有办法恢复的,会立即损坏非常多的电路。有时候没有过压也能引起这种现象,这个失效的原理具体模型本人未知,但是可以想象的是可能是由于管子相关的其他寄生电容和米勒电容共同引起失效的,或者是由于在过流、短路信号发生时候,IGBT已经发生了擎柱效应就算去关,关也关不死。
还有第三种方式,叫做:二级关闭,这种方式简单来说,就是检测到了短路、过流信号,PWM此时这个脉冲并没有打算软关闭或直接关闭,而是立即将此时刻对应的VGE驱动脉冲电压降低到8V左右以此来判断是否还是在过流或短路区域,如果还是,继续沿用这个8V的驱动,一直到设定的时间,比如多个us还是这样就会立即关了,如果是,PWM将会恢复正常。这种方式一般可能见到不多,所以我们不做深入研究。
理解了这些,我们可以看情况来具体采用那些关闭的方式,我认为在2KW级别中,DC380V内,直接采取硬关闭已经可以满足要求了,只需要在H桥上并联吸收特性良好的一个电容,就可以用600V的IGBT了。
关键的一点就是检测时候要快速,检测之后要关闭快速,只有做到了快,IGBT就不会烧。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

标签: sgh40n60ufd三极管igbt吸收专用电容2sd1164功率三极管247效应igbt三极管三极管逆变器1341三极管4n60g场效应三极管

锐单商城拥有海量元器件数据手册IC替代型号,打造 电子元器件IC百科大全!

锐单商城 - 一站式电子元器件采购平台