I T 驱动电路设计过程
t和i型三电平拓扑功率管驱动逻辑
t和i型三电平拓扑功率管驱动逻辑1. 概述在现代电力电子系统中，功率管是起着举足轻重的作用的电子元件。
而功率管的驱动逻辑是决定功率管性能的关键因素之一。
本文将重点讨论t和i型三电平拓扑功率管的驱动逻辑。
2. t型三电平拓扑功率管驱动逻辑t型三电平拓扑功率管是一种常用的功率电子拓扑结构，它具有低开关损耗和低谐波失真的特点。
在t型三电平拓扑功率管的驱动逻辑中，通过合理的PWM信号控制，可以实现功率管的高效开关和稳定工作。
对于t型三电平拓扑功率管的驱动逻辑，需要注意以下几点：- 采用合适的PWM信号控制，确保功率管的开关速度和失真程度；- 考虑功率管的工作环境和工作状态，调整PWM信号的占空比和频率；- 采用过电流和过压保护逻辑，避免功率管的过载和损坏。
3. i型三电平拓扑功率管驱动逻辑i型三电平拓扑功率管是另一种常用的功率电子拓扑结构，它具有高集成度和低EMI的特点。
在i型三电平拓扑功率管的驱动逻辑中，通过合理的PWM信号控制，可以实现功率管的高效开关和稳定工作。
对于i型三电平拓扑功率管的驱动逻辑，需要注意以下几点：- 采用合适的PWM信号控制，确保功率管的开关速度和失真程度；- 考虑功率管的工作环境和工作状态，调整PWM信号的占空比和频率；- 采用过电流和过压保护逻辑，避免功率管的过载和损坏。
4. 比较和分析在比较t和i型三电平拓扑功率管的驱动逻辑时，可以发现它们有许多相似之处。
它们都需要合理的PWM信号控制，以实现功率管的高效开关和稳定工作。
都需要考虑功率管的工作环境和工作状态，调整PWM信号的占空比和频率。
都需要采用过电流和过压保护逻辑，避免功率管的过载和损坏。
但是，也存在一些不同之处。
t型三电平拓扑功率管在低频环境下有更好的性能，而i型三电平拓扑功率管在高频环境下有更好的性能。
5. 结论通过对t和i型三电平拓扑功率管的驱动逻辑进行比较和分析，可以发现它们都有各自的优点和适用场景。
在实际应用中，需要根据具体的场景和需求选择合适的功率管和驱动逻辑，以实现高效稳定的功率电子系统。
基于光耦ACPL-339J的IGBT驱动电路设计
护、
去 饱 和 、 欠 压 闭 锁 、 高 速 光 耦 隔 离 、 光
０ 引 言
绝缘栅 双 极 型 晶体 管 （ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ） 新 型 功 率 器
隔 离 故 障 反 馈 等 ， 降 低 了 驱 动 电 路 的 开 发 复 杂
度 。 最 大 工 作 隔 离 电 压 Ｖ … ：１ ４ １ ４ Ｖ， 最 大 信 号延迟 ３ ０ ０ ｎ ｓ ，工 作 电 压 范 围 １ ５～３ ０ Ｖ； 检 测 到
２ 驱 动 及 保 护 电路 设 计 １ Ａ Ｃ Ｐ Ｌ － ３ ３ ９ Ｊ简 介
驱 动 电 路 整 体 结 构 如 图 ２所 示 ， 电 路 主 要 由 ＡＣＰ Ｌ 一 ３ ３ ９ Ｊ内 部 结 构 如 图 １ 所 示 ， ＡＣＰ Ｌ一 ３ ３ ９ Ｊ是 ＡＶＡＧＯ 公 司 一 款 高 集 成 度 的 智 能 光 电 耦 合 驱 动 芯 片 ，１ Ａ 电 流 双 输 出 驱 动 ， 可 连 接 多 种
短 路 故 障 时 执 行 软 关 断 功 能 ，并 通 过 光 耦 隔 离 向 ＤＳ Ｐ ／ Ｆ Ｐ ＧＡ 发 出 故 障 报 警 信 号 ； 正 负 压 欠 压 闭 锁
功能 。
件 ，具 有 控 制 简 单 、驱 动 功 率 低 、 高 输 入 阻 抗 、 开 关 状 态 损 耗 小 、 开 关 速 度 高 、 较 大 的 载 流 能 力
关键 词 ：ＡＣＰ Ｌ一３ ３ ９ Ｊ ；Ｉ ＧＢ Ｔ驱 动 ；ＤＣ ／ Ｄ Ｃ 电 源 ；Ｐ ｕ ｓ ｈ — Ｐ ｕ ｌ ｌ ； 隔 离 变压 器
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ４ ６ １
文献标识码 ： Ａ
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２—０ ７ ９ ２ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ８ ． ０ ０ ５
具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究
具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究Design and research of IGBT drive circuit with active voltage clamping for Electric Vehicles荣睿英飞凌集成电路（北京）有限公司何耀华英飞凌科技（中国）有限公司北京经济技术开发区荣华中路10号亦城国际A座20层100176rui.rong@关键词：有源电压钳位，电动汽车，门极驱动电路，IGBT短路保护，电压尖峰抑制摘要：由于电动汽车及混合动力机车的电池工作电压范围较大，在刹车能量回收、发电机发电、短路保护等工况下，防止IGBT产生过压失效成为一个必须深入研究的课题。
有源电压钳位功能作为防止IGBT过压失效的有效手段开始有所应用，本文对几种有源电压钳位的具体方式和效果进行分析，基于英飞凌汽车级IGBT Hybridpack2及汽车级驱动芯片1ED020I12FA设计具体驱动电路，给出相关的测试结论和实验数据，提出在有源电压钳位在电动汽车IGBT驱动应用中的优化建议。
1引言随着混合动力汽车及电动汽车的日益普及，其驱动系统正在向高电压、大功率方向发展，更大电流更高电压的IGBT模块开始得到应用。
在电机控制器系统设计中，驱动电路设计对系统的稳定性可靠性发挥着至关重要的作用。
1.1抑制关断电压尖峰的必要性为了让电动汽车和混合动力汽车具有更大的最高时速和加速度，需要采用更大功率的电机和更大功率的IGBT模块。
在同样功率情况下，母线电压越高，系统的额定电流越小，系统的损耗也越低，同时还可以减小导线截面积，从而减轻车重。
因此，在系统承受的范围内采用较高的母线电压成为电动汽车开发的方向。
图1：IGBT关断时产生的电压尖峰此外，在刹车能量回收、发电机发电工作等工况下，系统往往工作于超过额定母线电压的工况下。
尤其是为了尽量回收下坡时电动汽车的重力势能，系统往往工作在允许的最高电压状态。
IGBT保护电路设计
关于IGBT保护电路设计必知问题绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Tramistor，IGBT）是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、开关频率高、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点．是取代GTR的理想开关器件。
IGBT目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，广泛应用于各类固态电源中。
IGBT的工作状态直接影响整机的性能，所以合理的驱动电路对整机显得很重要，但是如果控制不当，它很容易损坏，其中一种就是发生过流而使IGBT损坏，本文主要研究了IGBT 的驱动和短路保护问题，就其工作原理进行分析，设计出具有过流保护功能的驱动电路，并进行了仿真研究。
二IGBT的驱动要求和过流保护分析1 IGBT的驱动IGBT是电压型控制器件，为了能使IGBT安全可靠地开通和关断．其驱动电路必须满足以下的条件：IGBT的栅电容比VMOSFET大得多，所以要提高其开关速度，就要有合适的门极正反向偏置电压和门极串联电阻。
（1）门极电压任何情况下，开通状态的栅极驱动电压都不能超过参数表给出的限定值（一般为20v），最佳门极正向偏置电压为15v土10％。
这个值足够令IGBT饱和导通；使导通损耗减至最小。
虽然门极电压为零就可使IGBT处于截止状态，但是为了减小关断时间，提高IGBT的耐压、dv／dt耐量和抗干扰能力，一般在使IGBT处于阻断状态时．可在门极与源极之间加一个-5~-15v的反向电压。
（2）门极串联电阻心选择合适的门极串联电阻Rg对IGBT的驱动相当重要，Rg对开关损耗的影响见图1。
图1 Rg对开关损耗的影响IGBT的输入阻抗高压达109~1011，静态时不需要直流电流．只需要对输入电容进行充放电的动态电流。
其直流增益可达108~109，几乎不消耗功率。
为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，减少IGBT集电极大的电压尖脉冲，需在栅极串联电阻Rg，当Rg 增大时，会使IGBT的通断时间延长，能耗增加；而减少RF又会使di／dt增高，可能损坏IGBT。
三相感应电动机t-i等效电路
三相感应电动机t-i等效电路三相感应电动机是工业生产中常用的一种电机，它具有结构简单、运行可靠、效率高等优点，因而受到了广泛的应用。
在三相感应电动机的理论研究和实际应用中，t-i等效电路是一个非常重要的理论工具。
本文将对三相感应电动机及其t-i等效电路进行详细介绍，以便读者对此有一个全面的了解。
首先，我们来看一下三相感应电动机的基本工作原理。
三相感应电动机是利用三相交流电源产生的旋转磁场作用于转子上的感应电动机。
当三相交流电源施加到电动机的定子绕组上时，形成的旋转磁场会感应转子内部的感应电动势，从而在转子上产生感应电流。
这些感应电流在转子上形成另一个磁场，与定子磁场互相作用，产生电磁力使转子转动，驱动负载实现工作。
在实际应用中，为了方便分析和计算，人们常常采用等效电路的方法来描述三相感应电动机的工作特性。
t-i等效电路就是这样一种用来等效描述三相感应电机的理论模型。
t-i等效电路包括了转子回路的电阻、电抗和外加电压源等元件，通过这些等效元件，可以方便地分析三相感应电机的转速、转矩、效率等性能。
三相感应电动机的t-i等效电路可以分为定子侧等效电路和转子侧等效电路两部分。
定子侧等效电路主要包括定子绕组的电阻、电抗、定子元件的等效电路，而转子侧等效电路主要包括转子绕组的电阻、电抗、转子元件的等效电路。
通过这些等效电路，可以方便地计算出电机的各种工作参数，如转速、转矩、效率等。
另外，t-i等效电路还可以用于分析三相感应电动机的启动、定子电压调制等控制方法。
在三相感应电机的启动过程中，由于转子上的感应电动势较小，需要外加一些辅助手段来提高转子上的感应电流，从而实现起动。
而定子电压调制是一种通过改变定子侧的电压来实现对电机转速的调节方法，通过t-i等效电路的方法，可以方便地分析这些控制方法的实现原理和实际效果。
总的来说，t-i等效电路是研究三相感应电动机非常重要的理论工具，它可以方便地描述电机的工作特性，方便分析和计算电机各种工作参数，同时也可以用于分析和设计电机的控制方法。
负载波动下IGBT损坏分析及驱动电路优化设计
负载波动下IGBT损坏分析及驱动电路优化设计摘要：本文分析了四种常见变频器的运行参数，并从维修的层面分析了这些变频器的可靠性。
得出了一个结论就是：只有更可靠的变频器驱动电路才可以有效地将输出级与控制级隔离，并且有效地吸收来自门的不同报警信号。
随着电机负载的波动，IGBT栅极中的浪涌电压产生了一个波动的电压信号，导致IGBT在应该关闭的时候跳闸，导致上下桥IGBT的拉伤和IGBT的损坏。
对此，提出了优化的 IGBT 驱动电路的结构，并在使用中证明，该驱动电路不仅结构系统简单、还具有运行可靠等特点。
关键词：IGBT; 驱动电路; 可靠性; 振荡电压引言：IGBT电源模块的损坏是一种比较常见的故障诊断，一般是由很多种因素造成的。
比如：输出负载短路；外部电源电压过高；负载过大；大电流持续工作；负载波动引起浪涌电流过大；冷却风扇的性能不好；造成部件温度过高；进而引起性能变差、参数改变甚至部件烧坏等。
由冷却风扇不良引起的IGBT损坏可以通过加强变频器的维护来防止；由负载短路和电流过长引起的变频器损坏是不正确的，因为变频器有一个特殊的电路来施加保护，如果这个电路工作正常，除非电路设计不合理，否则变频器不会因这些原因而损坏。
经过分析，笔者认为，当负载振荡时，会引起IGBT栅极的电压波动，如果振荡幅度大，将使上下桥IGBT产生应变导致IGBT损坏。
虽然克服这类振荡通常采用在IGBT关断时向栅极加一个反向电压来减小振荡影响，但是若负载振荡达到较大程度, IGBT仍有可能受到损伤。
通过对IGBT栅极振荡机制进行深入剖析，这里提出了一个可靠的控制电路方案，具有良好的实际应用前景。
一、IGBT的概述及特性IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种由MOSFET（绝缘栅场效应管）和BJT（双极结晶体管）组成的复合半导体器件。
虽然IGBT有电流消耗的缺点，但它同时具有低MOSFET驱动电流和高BJT电流的优点，被广泛用于高电压、大电流和高速开关环境中。
集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动
三、基于ABB不对称型IGCT—5SHY35L4510的驱动电路 1. 5SHY35L4510简介
阻断参数：
断态重复峰值电压VDRM:IGCT在阻断状态能承受的正向最大重复电压(门极加-2V 以上反向电压)。VDRM=4500V
断态重复峰值电流IDRM:IGCT在重复峰值阻断电压下的正向漏电流(门极加-2V以 上反向电压)。IDRM≦50mA
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）是在SCR问世后不久出现的全控型器件，其 电气图形如右图所示。
主要优点是：全控，容量大，工作可靠 主要缺点是：开关速度比较慢，需要门极大电流
才能实现开断，关断控制较易失败
3.电力晶体管（GTR）
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译过来
其次在J3结截止后，IGCT阳极电压开始快速建立和上 升，IGCT开始逐步恢复阻断能力。由于IGCT的J3结在存储 时间内己经截止，IGCT的电流也随即从IGCT的阴极换流到 门极。因此电流通过Q1的发射极和集电极、IGCT门极以及 门极驱动电路内继续流通。IGCT关断电流越大，下降时间 越长。较高的门极电流上升率可以缩短IGCT关断下降时间。
具体的导通过程如下：
当UGK被反向施加到IGCT的门极和阴极之间，IGCT关 断过程由此开始，包括三个阶段:
首先门极被反向偏置后，UGK即开始从IGCT的P、N基 区抽出超量存储的少数载流子。等到少子被基本抽取干净 后，J3结逐步阻断，这段时间称为存储时间(ts)。它与少子 寿命、PN基区宽度有关，驱动电路提供电流大小有关。驱 动电流越大，存储时间越小。
压且IGCT承受这种浪涌电流的次数是有限的。
集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动
4.电力场效应晶体管（MOSFET） 4.电力场效应晶体管（MOSFET） 电力场效应晶体管
主要指绝缘栅型电力场效应晶体管 绝缘栅型电力场效应晶体管（Metal 绝缘栅型电力场效应晶体管 Oxide Semiconductor Field Effect Transistor） 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管 （Static Induction Transistor——SIT）。 MOSFET电气图形如右图所示。 主要优点是： 主要优点是：全控，驱动功率小，开关时间最 短、正温度系数 主要缺点是：容量小，通态压降比较大 主要缺点是：
5.绝缘栅极双极晶体管（IGBT） 5.绝缘栅极双极晶体管（IGBT） 绝缘栅极双极晶体管
绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar 绝缘栅双极晶体管 Trቤተ መጻሕፍቲ ባይዱnsistor）其电气图形如右图所示。 主要优点是： 主要优点是：综合了GTR和MOSFET的优点 主要缺点是：存在擎柱效应 主要缺点是：
具体的导通过程如下： 当UGK被反向施加到IGCT的门极和阴极之间，IGCT关 断过程由此开始，包括三个阶段: 首先门极被反向偏置后，UGK即开始从IGCT的P、N基 区抽出超量存储的少数载流子。等到少子被基本抽取干净 后，J3结逐步阻断，这段时间称为存储时间(ts)。它与少子 寿命、PN基区宽度有关，驱动电路提供电流大小有关。驱 动电流越大，存储时间越小。 其次在J3结截止后，IGCT阳极电压开始快速建立和上 升，IGCT开始逐步恢复阻断能力。由于IGCT的J3结在存储 时间内己经截止，IGCT的电流也随即从IGCT的阴极换流到 门极。因此电流通过Q1的发射极和集电极、IGCT门极以及 门极驱动电路内继续流通。IGCT关断电流越大，下降时间 越长。较高的门极电流上升率可以缩短IGCT关断下降时间。
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3.4 IGBT Switch
Figure 3.12: H-Bridge position (a)Figure 3.13: H-Bridge position (b)
The IGBT - Switch is used to supply the voltage multiplier with a high frequency rectangular voltage.Figure 3.12 and Figure 3.13 show the principle of the four-valve switch, also called H - Bridge.By changing the switching position of Figure 3.12 to Figure 3.13 the voltage between point a and point b is alternating. It is important to ensure, that S1 and S3, as well as S2 and S4 are never closed at the same time. Else there will be a short circuiting of U 12.
U 12 must be a direct voltage. By rectifying a three phase supply smaller smoothing - capacitors are needed than by rectifying a single - phase supply.
As switching devices IGBTs offer a high power, high voltage switching capability at high frequency and low cost. Because S1 and S2 are on a high level when switched on, a floating gate driver is needed.The easiest way to fulfil these criteria is to use an IR2235, an integrated circuit from International Rectifier [IR-DS-IR2235]. It provides three floating and three low side gate drivers.
Figure 3.14 shows the Protel schematics of the left channel, Figure 3.15 of the right channel of the H -Bridge.
J_DC+ of both channels are connected together to connector +DC of Figure 3.7.
J_IGBT_low of both channels are connected to connector -DC of Figure 3.7.
Figure 3.14: H - bridge: Left channel
Figure 3.15: H - Bridge: Right channel
Figure 3.16: Top-view: H - Bridge
Figure 3.16 is a photo of the mounted H - Bridge, (a) are suppressing capacitors, (b) are the switching IGBTs and (c) are shunt resistors.
Figure 3.17 is the Protel Schematic of the power supply for the driver board. J_230V_in is connected to the main switch, J_out is connected to J_power_in in Figure 3.18.
Figure 3.17: IGBT - switch: Power supply
Figure 3.18 is the Protel Schematic of the IGBT driver board. Heard of the circuit is a IR2235 chip from International Rectifier [IR-DS-IR2235]. The signal in- and output is isolated by optocouplers. The connectors Jg1 - Jg4 are connected to the H - Bridge (Figure 3.14 and Figure 3.15).
Figure 3.18: Protel Schematic: IGBT - driver
Figure 3.19: Top-view: Driver PCB
Figure 3.19 and Figure 3.20 are photos of the mounted and tested IGBT driver PCB. All resistors and some capacitors are Surface Mounted Devices to minimise size and electromagnetic interference.
Figure 3.20: Bottom-view: Driver PCB
This page is part of a Frameset: Electrodynamic Sculpture: A Thesis by Rafael Bräg.。