concept的IGBT驱动板原理解读
IGBT驱动板简介

IGBT驱动板的基础知识
一类短路的特征为IGBT在开通后,通过IGBT的短路电流急速上升达到饱和电流(大概4-6倍 额定电流,倍数受到温度影响),同时IGBT的CE电压达到母线电压,此时瞬时功耗极大,此 为一类短路。出现的条件:某相的输出与+或者-极之间有一段极端的导线短路,或者某相的 半桥击穿短路。这两种情况的同一个特征就是短路线的电感非常低。
驱动板使用时的注意事项
二、防静电措施 CONCEPT门极驱动器基于高度集成的专用集成电路芯片组。 这些芯片组分别基于双极和CMOS 技术设计而成。它们仅提供有限的静电防护功能。 因此,必须强制执行适当的防静电处理,以确保产品能够正常工作并获得高可靠性。 整体防静电保护需要从来料检验开始,直到最终装配,包括所有的中间环节,以防
IGBT驱动板的基础知识
目前市面上成型的驱动板多为光纤驱动板,此种驱动板针对不同厂家的同类IGBT、同 一厂家的不同IGBT已经进行了电阻适配,方便了使用与维护。需要注意的是,同一类 型的驱动板对不同类型的IGBT是不通用的,在实际使用时注意驱动板与IGBT的匹配。
IGBT驱动板的基础知识
门极电阻可以根据实际需要而进行调整,因此可以针对系统需求自行调整电阻配置。 需要注意的是开关电阻直接影响IGBT的开关速度,也直接影响IGBT的开关损耗,电阻 越大,损耗越大。其中开通电阻对于开通损耗的影响很明显,因此一般越小越好,而 关断电阻对关断损耗影响不大,为了短路保护,可适当放大阻值。
IGBT驱动板的基础知识
二类短路 除了一类短路外,IGBT还有可能遭受二类短路情况的考验,二类短路的特征为IGBT短路电流快速 上升,但IGBT不进入退保和即关断,此时IGBT两端电压会由于系统内杂散电感的影响而出现电压 尖刺。二类短路其实是IGBT的一种极限关断行为,在关断时短路电流越大,电压尖刺越高,当峰值 电压超过IGBT耐压极限时,IGBT就会由于过压损坏。
IGBT驱动工作原理

IGBT驱动工作原理IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)是一种功率半导体器件,结合了MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和BJT(双极型晶体管)的优点,广泛应用于高压、高电流的功率电子系统中。
IGBT驱动器是控制和驱动IGBT工作的关键组件,下面将详细介绍IGBT驱动器的工作原理。
在讲解IGBT驱动器的工作原理之前,首先需要了解IGBT的基本结构。
IGBT结构由四部分组成:P型衬底、N型绝缘层、P型区域和N型极区。
其中,P型区域和N型极区之间的结为PN结,类似于BJT的结。
而IGBT最大的特点就是在P型区域和N型极区之间引入了绝缘层,将栅极与P型区隔离开来,避免了BJT的漏电流。
IGBT的工作过程可以分为导通和截止两个阶段。
在导通状态下,当集电极(P型区域)的电压高于发射极(N型极区)时,PN结处于正向偏置,P型区域中的电洞和N型极区中的电子注入到P型区域,形成电流。
此时,通过向栅极施加一个正向电压,增加集电极电流,进一步增强IGBT的导通能力。
在截止状态下,当栅极电压低于一些阈值电压时,PN结处于反向偏置,P型区域和N型极区之间形成封锁区,几乎没有电流通过。
此时,即使集电极-发射极间的电压高于阻断电压,也不会导致绝缘层击穿,从而保持截止状态。
电流放大是指驱动器通过外部电流源向栅极注入一定的电流,将其放大并输送到栅极。
这样可以达到在短时间内迅速充电或放电栅极的目的,以控制IGBT的导通和截止。
其中,典型的驱动方式是采用互补法,即通过一个NPN型晶体管和一个PNP型晶体管组成的驱动电路,以实现对IGBT的控制。
电压命令是指驱动器根据输入控制信号的变化,控制IGBT的导通时间和截止时间。
通常,IGBT驱动器会通过两个阻型缓冲电路(Inverting Buffer和Non-Inverting Buffer)接收外部控制信号,对输入信号进行放大和处理,并输出一个经过放大的电压命令信号给IGBT。
还搞不懂IGBT?一文详细解读IGBT结构和工作原理,几分钟搞定IGBT

还搞不懂IGBT?一文详细解读IGBT结构和工作原理,几分钟搞定IGBT大家好,我是李工,希望大家多多支持我。
(愉快的周末过去了)看到有人给我留言,说希望讲一下IGBT(绝缘栅双极型晶体管),今天就讲一下IGBT,那位留言的朋友记得按时来看。
在实际应用中最流行和最常见的电子元器件是双极结型晶体管BJT 和 MOS管。
在之前的文章中我已经对BJT的工作原理和MOS管的工作原理以及结构应用有进行详细地说明,如果忘记了可以点击标题直接跳转。
mos管工作原理详解BJT工作原理详解IGBT实物图+电路符号图虽然说BJT 和MOS 管是最流行和最常见的元器件,但是在非常高电流的应用中有限制,这个时候 IGBT 就派上用场了。
你可以把 IGBT 看作 BJT 和 MOS 管的融合体,IGBT具有 BJT 的输入特性和 MOS 管的输出特性。
与BJT 或MOS管相比,绝缘栅双极型晶体管IGBT 的优势在于它提供了比标准双极型晶体管更大的功率增益,以及更高的工作电压和更低的 MOS 管输入损耗。
这篇文章将较为详细地讲解IGBT 内部构造,工作原理等基础知识。
希望能够让大家更了解 IGBT,也请大家多多指教。
什么是IGBT?IGBT 是绝缘栅双极晶体管的简称,是一种三端半导体开关器件,可用于多种电子设备中的高效快速开关。
IGBT 主要用于放大器,用于通过脉冲宽度调制 (PWM) 切换/处理复杂的波形。
就像我上面说的 IGBT 是 BJT 和 MOS管的融合,IGBT 的符号也代表相同。
你可以看到输入侧代表具有栅极端子的MOS管,输出侧代表具有集电极和发射极的 BJT。
集电极和发射极是导通端子,栅极是控制开关操作的控制端子。
IGBT的电路符号与等效电路图IGBT内部结构IGBT 有三个端子(集电极、发射极和栅极)都附有金属层。
然而,栅极端子上的金属材料具有二氧化硅层。
IGBT结构是一个四层半导体器件。
四层器件是通过组合PNP 和NPN 晶体管来实现的,它们构成了 PNPN 排列。
IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法

IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法IGBT的工作原理和作用IGBT就是一个开关,非通即断,如何控制他的通还是断,就是靠的是栅源极的电压,当栅源极加+12V(大于6V,一般取12V到15V)时IGBT 导通,栅源极不加电压或者是加负压时,IGBT关断,加负压就是为了可靠关断。
IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。
IGBT有三个端子,分别是G,D,S,在G和S两端加上电压后,内部的电子发生转移(半导体材料的特点,这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因),本来是正离子和负离子一一对应,半导体材料呈中性,但是加上电压后,电子在电压的作用下,累积到一边,形成了一层导电沟道,因为电子是可以导电的,变成了导体。
如果撤掉加在GS两端的电压,这层导电的沟道就消失了,就不可以导电了,变成了绝缘体。
IGBT的工作原理和作用电路分析IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知,若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。
图1 IGBT的等效电路由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定:--IGBT栅极与发射极之间的电压;--IGBT集电极与发射极之间的电压;--流过IGBT集电极-发射极的电流;--IGBT的结温。
如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压,流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。
绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)IGBT管的好坏检测IGBT管的好坏可用指针万用表的Rxlk挡来检测,或用数字万用表的二极管挡来测量PN结正向压降进行判断。
IGBT智能化驱动板SCALE

摘要:scale驱动是瑞士concept公司生产的igbt智能化驱动板,可用于驱动和保护igbt。
文中介绍了该igbt智能化驱动板的主要功能、工作模式和引脚功能,给出该器件的典型应用电路。
关键词:igbt;驱动模块;scale1概述由于igbt(绝缘栅双极性晶体管)是一种电压控制型功率器件,它所需驱动功率小,控制电路简单,导通压降低,且具有较大的安全工作区和短路承受能力。
因此,目前igbt已在中功率以上的电力电子系统中(如变频器、ups电源、高频焊机等)逐渐取代了powermosfet及powerbjt而成为功率开关元件市场中的重要一员。
然而如何有效地驱动并保护igbt则成为目前电力电子领域中的重要研究课题之一。
一个具有保护功能的驱动电路不但能在正常工作状态下给igbt提供所需的驱动功率,在异常工作状态下能起保护igbt的作用,而且应当能使电力电子系统中的igbt有很好的替换特性。
因此高性能的驱动电路是提高电子产品品质和可靠性,从而增强其竞争力的关键之一。
本文介绍一种高性能、智能化的igbt驱动板scale。
图12功能介绍scale驱动板系列是瑞士concept公司生产的,concept公司是专业生产igbt驱动电路的公司,主要为西门子/eupec高压大电流igbt模块配套。
该scale驱动板采用asic设计,仅用15v电源驱动,开关频率可大于100khz,且具有高可靠和长寿命特性,可驱动1700v、1200a的igbt。
1998年度赢得abb优秀电力电子项目称号,其主要型号和驱动能力如表1所列。
表1 scale的主要型号和驱动能力2sd106ai可驱动两单元400a1200v2sd106ai-17可驱动两单元400a1700v2sd315ai可驱动两单元1200a1700v2sd106ei可驱动六单元400a1200v2sd106ei-17可驱动六单元400a1700v2.1scale的特点●实用范围宽可应用在数千瓦至数兆瓦的功率范围及实用的耐压要求范围内,几乎可工作在所有的频率及调制模式,适用于任何厂家的模块。
concept的IGBT驱动板原理解读要点

板子的解读a、有电气接口,即插即用,适用于17mm双管IGBT模块b、基于SCALE-2芯片组双通道驱动器命名规则:工作框图MOD(模式选择)MOD输入,可以选择工作模式直接模式如果MOD输入没有连接(悬空),或连接到VCC,选择直接模式,死区时间由控制器设定。
该模式下,两个通道之间没有相互依赖关系。
输入INA直接影响通道1,输入INB 直接影响通道2。
在输入(INA或INB)的高电位,总是导致相应IGBT的导通。
每个IGBT 接收各自的驱动信号。
半桥模式如果MOD输入是低电位(连接到GND),就选择了半桥模式。
死区时间由驱动器内部设定,该模式下死区时间Td为3us。
输入INA和INB具有以下功能:当INB作为使能输入时,INA是驱动信号输入。
当输入INB是低电位,两个通道都闭锁。
如果INB电位变高,两个通道都使能,而且跟随输入INA的信号。
在INA由低变高时,通道2立即关断,1个死区时间后,通道1导通。
只有在控制电路产生死区时间的情况下,才能选择该模式,死区时间由电阻设定。
典型值和经验公式:Rm(kΩ)=33*Td(us)+56.4 范围:0.5us<Td<3.8us,73kΩ<Rm<182kΩ注意:半桥上的2个开关同步或重叠时候,会短路DC link。
INA,INB(通道驱动输入,例如PWM)它们安全的识别整个逻辑电位3.3V-15V范围内的信号。
它们具有内置的4.7k下拉电阻,及施密特触发特性(见给定IGBT的专用参数表/3/)。
INA或INB的输入信号任意处于临界值时,可以触发1个输入跃变。
跳变电平设置:SCALE-2输入信号的跳变电平比较低,可以在输入侧配置电阻分压网络,相当于提升了输入侧的跳变门槛,因此更难响应噪声。
SCALE-2驱动器的信号传输延迟极短,通常小于90ns。
其中包括35ns的窄脉冲抑制时间。
这样可以避免可能存在的EMI问题导致的门极误触发。
不建议直接将RC网络应用于INA或INB,因为传输延迟的抖动会显著升高。
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IGBT驱动板的基础知识
三、电位隔离 由于一次侧与二次侧、不同的二次侧之间具有不同的电位,因此驱动板必须要具有可靠的电位隔离措施。 电源通过隔离变压器进行隔离(蓝圈),不同的二次侧之间通过独立的变压器以及充足的电气间隙与爬电距离进行隔离(红圈)。 类似0435的电磁的信号传输方式,信号的电位隔离也是通过变压器(蓝圈),而类似1SD536F2之类的光纤驱动板,信号的隔离通过光信 号(黄圈)实现。而对于电压更高的产品,例如3300V三电平,板载的隔离已经不满足需求了,因此需要配置专用的隔离模块。
IGBT驱动板的基础知识
短路保护功能原理 IGBT开通后,短路导致CE之间电压升高到母线电压,即上图红圈所示点处,高压通过图中红色箭 头路径为Ca2充电,当Ca2两端电压达到一定的阈值之后,图中绿圈所示的VCE2收到信号,芯片进 行短路保护动作自行关断IGBT,同时将短路状态信号反馈到一次侧。 一类短路保护原理简单,实现也容易。
对于0435驱动板,电源与信号传输被集成到了一个模块中,信号传输通过电磁方式。 而对于光纤驱动板,例如常用的1SD536F2或者1SP0635,电源与信号传输是分开的。 例如上图中蓝圈所示为电源部分的变压器,而红圈所示部分为光纤传输用的光纤头。 信号是通过光脉冲进行传输的。
IGBT驱动的基础知识
IGBT驱动板的基础知识
五、驱动执行 二次侧芯片在收到一次侧传递的开关信号(变压器或者光脉冲)之后,通过分别控制门极开通 (GH)、关断(GL)引脚处的的Mosfet的开关来控制门极电压为电源高电平或者电源低电平,进 而控制IGBT的开关动作。这也是二次侧电源电压与门极开关电压绝对值之和相等的原因。
二、信号接收 上图中的蓝圈与红圈,0435驱动板是双通道驱动板,可以同时驱动两个或者两组并联IGBT,因此 其信号接收端共有两个,分别对应两个或者两组并联的IGBT。这个端口负责接收控制系统发出的驱 动信号,高电平代表开,低电平代表关,工作模式均为施密特触发方式,即仅响应开关的上升/下 降的跳变沿,而不响应常高或者常低的状态。这一点在短路保护时有一定的作用。
IGBT驱动电路解说

1.IGBT驱动电路的要求驱动电路的作用是将单片机输出的脉冲进行功率放大,以驱动IGBT,保证IGBT的可靠工作,驱动电路起着至关重要的作用,图1为典型的PWM信号控制图腾柱电路以驱动IGBT开通与关断。
对IGBT驱动电路的基本要求如下:图1 IGBT典型驱动电路○1触发脉冲要有足够快的上升速度和下降速度,即脉冲沿前后要陡峭;○2栅极串联电阻Rg要恰当,Rg过小,关断时间过短,关断时产生的集电极尖峰电压过高,Rg过大,器件开关速度降低,开关损耗增大。
○3栅极-射极电压(V GE)要恰当,增大删射正偏压对减小开通损耗与导通损耗有利,但也会使IGBT承受短路时间变短,续流二极管反向恢复电压增大。
因此正偏压要适当,通常为+15V。
为了保证在C-E间遇到噪声时可靠关断,关断时必须在栅极施加负偏压,以防止受到干扰时误开通和加快关断速度,减小关断损耗,幅值一般为-(5~10)V。
○4当IGBT处于负载短路或过流状态时,能在IGBT允许的时间内通过逐渐降低栅极电压自动抑制故障电流,实现IGBT的软关断。
驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。
下面从以上四个方面分析三种驱动模块电路(驱动电路EXB841/840、SD315A集成驱动模块、M57959L/M57962L厚膜驱动电路)的特性。
2.驱动电路EXB841/8402.1.EXB841驱动芯片的内部特性及其原理EXB841驱动芯片是可作为600V400A或者1200V300A以下的IGBT驱动电路,具有单电源、正负偏压、过流检测及保护、软关断等特性。
驱动模块导通与关断时间都在1.5µs以内。
最大允许的开关频率为40KHz。
EXB 系列驱动器的各引脚功能如下:脚 1 :连接用于反向偏置电源的滤波电容器;脚 2 :电源(+ 20V );脚 3 :驱动输出;脚4 :用于连接外部电容器,以防止过流保护电路误动作(大多数场合不需要该电容器);脚 5 :过流保护输出;脚 6 :集电极电压监视;脚 7 、 8 :不接;脚 9 :电源地;脚 10 、 11 :不接;脚 14 、 15 :驱动信号输入(一,+);图2驱动电路EXB841/840EXB841 由放大部分、过流保护部分和5V 电压基准部分组成。
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板子的解读a、有电气接口,即插即用,适用于17mm双管IGBT模块b、基于SCALE-2芯片组双通道驱动器命名规则:工作框图MOD(模式选择)MOD输入,可以选择工作模式直接模式如果MOD输入没有连接(悬空),或连接到VCC,选择直接模式,死区时间由控制器设定。
该模式下,两个通道之间没有相互依赖关系。
输入INA直接影响通道1,输入INB 直接影响通道2。
在输入(INA或INB)的高电位,总是导致相应IGBT的导通。
每个IGBT 接收各自的驱动信号。
半桥模式如果MOD输入是低电位(连接到GND),就选择了半桥模式。
死区时间由驱动器内部设定,该模式下死区时间Td为3us。
输入INA和INB具有以下功能:当INB作为使能输入时,INA是驱动信号输入。
当输入INB是低电位,两个通道都闭锁。
如果INB电位变高,两个通道都使能,而且跟随输入INA的信号。
在INA由低变高时,通道2立即关断,1个死区时间后,通道1导通。
只有在控制电路产生死区时间的情况下,才能选择该模式,死区时间由电阻设定。
典型值和经验公式:Rm(kΩ)=33*Td(us)+56.4 范围:0.5us<Td<3.8us,73kΩ<Rm<182kΩ注意:半桥上的2个开关同步或重叠时候,会短路DC link。
INA,INB(通道驱动输入,例如PWM)它们安全的识别整个逻辑电位3.3V-15V范围内的信号。
它们具有内置的4.7k下拉电阻,及施密特触发特性(见给定IGBT的专用参数表/3/)。
INA或INB的输入信号任意处于临界值时,可以触发1个输入跃变。
跳变电平设置:SCALE-2输入信号的跳变电平比较低,可以在输入侧配置电阻分压网络,相当于提升了输入侧的跳变门槛,因此更难响应噪声。
SCALE-2驱动器的信号传输延迟极短,通常小于90ns。
其中包括35ns的窄脉冲抑制时间。
这样可以避免可能存在的EMI问题导致的门极误触发。
不建议直接将RC网络应用于INA或INB,因为传输延迟的抖动会显著升高。
建议使用施密特触发器以避免这种缺点。
注意,如果同时使用直接并联与窄脉冲抑制,建议在施密特触发器后将驱动器的输入INA/INB并联起来。
建议在直接并联应用中不要为每个驱动核单独使用施密特触发器,因为施密特触发器的延迟时间的误差可能会较高,导致IGBT换流时动态均流不理想。
典型情况下,当INA/INB升高到大约2.6V的阈值电压时,所有SCALE-2驱动核将会开启相应的通道。
而关断阈值电压大约为1.3V。
因此,回差为1.3V。
在有些噪声干扰很严重的应用中,升高输入阈值电压有助于避免错误的开关行为。
为此,按照图13在尽可能靠近驱动核的位置放置分压电阻R2和R3。
确保分压电阻R2和R3与驱动器之间的距离尽可能小对于避免在PCB上引起干扰至关重要。
在开通瞬间,假设R2=3.3kΩ,R3=1kΩ,INA=+15V。
在没有R2和R3的情况下,INA 达到2.6V后驱动器立即导通。
分压网络可将开通阈值电压升高至大约11.2V,关断阈值电压则提升至大约5.6V。
在此例中,INA和INB信号的驱动器在IGBT导通状态下必须持续提供3.5mA(串联电路上为4.3K,15V时所消耗)的电流。
SO1,SO2(状态输出)输出SOx是集电极开路三极管。
没有检测到故障条件,输出是高阻。
开路时,内部500uA 电流源提升SOx输出到大约4V的电压。
在通道“x”检测到故障条件时,相应的状态输出SOx变低电位(连接到GND)。
2个SOx输出可以连接到一起,提供1个公共故障信号。
但是,建议单独评估状态信号,以达到快速准确的故障诊断。
状态信号是怎样处理的1、二次侧的故障(IGBT模块短路或电源欠压检测)立即传输到相应的SOx输出。
检测到短路电流的驱动器将发送1个故障反馈给相应的SOx输出。
在大约1.4us的额外延时后,相应的IGBT将被关断。
在该延时期间,IGBT不能被关断。
在闭锁时间TB过去后,SOx输出自动复位(返回到高阻状态)。
2、一次侧电源欠压同时指示到2个SOx输出。
当一次侧电源欠压消失时(参阅定时信息的相关参数表/3/),2个SOx输出自动复位(返回到高阻状态)。
如果并联情况下电源欠压,相应的驱动器将发送1个故障反馈给相应的SOx输出,并立即关断相应的IGBT(s)。
然后建议立即给所有并联的驱动器发送关断信号。
然后,经过1个短暂的延时后,相应的IGBTs将会被关断。
对于SO信号的处理,有以下原则:1. SO信号必须有明确的点位,最好就近上拉;2 SO信号经过长线传输时可以考虑配合信号经过长线传输时,可以考虑配合缓冲器,以提高电压信号抗扰能力,且接收端要配合阻抗合适的下拉电阻;SOx故障输出端有20mA的驱动能力。
与主控制器的距离越长,SOx线路对EMC越敏感,因为普通控制器输入的阻抗比较高。
如果未检测到故障状况,SOx输出为高阻抗。
因此,很容易有电压尖峰被感应出来。
(上图)中将上拉电阻R4放置在SOx线路末端靠近控制器的一侧的方案是不推荐的。
图中显示的两种解决方案(中图和下图)可以解决这个问题:1、将缓冲器按照图(中图)放置在靠近驱动器SOx端子的位置。
建议使用R4>1kΩ的上拉电阻上拉至VCC。
如果发生故障,相应的SOx输出将被拉到GND。
建议将该电阻放置得尽可能靠近驱动器。
图中100Ω电阻可保护缓冲器免受电磁干扰。
下拉电阻R5可保护控制器输入免受电压尖峰影响。
2、在图(下图)中,由10Ω电阻和肖特基二极管构成的保护网络可保护驱动器的SOx 输出。
TB(调整闭锁时间TB的输入)该端子TB,允许通过连接1个外部电阻到GND,来减少工厂设定的闭锁时间。
下文的等式计算管脚TB和GND之间的必须连接的电阻Rb的值,以设定要求的闭锁时间Tb(典型值):通过选择Rb=0Ω,闭锁时间也可以设置为最小值9us(典型值)。
如果不使用,输入TB可以悬空。
电源监控驱动器的一次侧,2个二次侧驱动通道,配备有本地欠压监控电路。
如果出现一次侧电源欠压故障,2个IGBT被1个负的门极电压驱动,从而保持在断开状态(2个通道都闭锁),故障传送到2个输出SO1和SO2,直到故障消失。
如果一个二次侧电源欠压,相应的IGBT被1个负的门极电压驱动,从而保持在断开状态(通道闭锁),故障传送到相应的SOx输出,闭锁时间之后,SOx输出自动复位(返回为高阻状态)。
即使较低的电源电压,驱动器从IGBT的门极到发射极之间提供一个低阻。
注意:在1个半桥内,如果电源电压低,建议不要用1个IGBT驱动器操作IGBTs组。
否则,高比率增加的Vce可能会造成这些IGBTs的部分开通正副边电源变化规律:SCALE-2副边的电源电压是由ASIC处理出来的。
副边DC/DC电源的输出电压大约为25V,由ASIC内部分变成+15V及-10V,其中+15V是被稳压的,-10V是不稳的。
VE管脚是芯片“造”出来的,内部是靠电流源来控制输出的电压源Viso是+15V来控制输出的电压源。
Viso是+15V,VE是0V,COM是-10V。
因此VE管脚上的静态负载的程度对VE的内部稳压影响很大。
VE管脚上吞吐的电流只有几个mA。
欠压保护……在驱动器的原方欠压的情况下,电源电压下降过程中,由于DCDC电源是开环的,所以副边的+25V也会跟着下降,而Viso与VE间有稳压电路,故被稳定在+15V,而VE与COM之间的-10V随着下降,如果,Viso与COM之间电压继续下降,降至VE对COM为-5.5V时,芯片会将-5.5V稳住,同时,Viso与VE之间的+15V开始下降,当这个电压下降到了12V的时候,芯片会报欠压保护,IGBT会被关短,且门级关断电压被维持在-5.5V。
在驱动器掉电过程,IGBT的关断电压至少保持在-5.5V,因为大功率IGBT都有较强的米勒效应,必须要有负压才能保证关断的可靠,0压的关断是不可靠的!!!短路保护和过流保护的意义及其区别通常我们说的短路保护和过流保护是不一样的,是两个很不一样的概念,不应该混为一谈。
桥臂内短路(直通)命名为“一类”短路1、硬件失效或软件失效。
2、短路回路中的电感量很小(100nH级)。
3、 VCE sat检测。
桥臂间短路(大电感短路)命名为“二类”短路1、相间短路或相对地短路2、短路回路中的电感量稍大(uH级的) 。
3、可以使用Vcesat ,也可以使用霍尔,根据电流变化率来定。
4、这类短路的回路中的电感量是不确定的。
短路分为一类及二类两种,但这两种短路都有一个共同点,那就是,IGBT会出现“退饱和现象”,当IGBT一旦退出饱和区,它的损耗会成百倍的往上升,那么允许持续这种状态的时会非常苛刻了,只有10us,我们需要靠驱动器发现这一行为并关掉门极。
IGBT过流的情况则是,回路电感较大,电流爬升很慢(相对于短路),IGBT不会发生退饱和现象,但是由于电流比正常工况要高很多,因此经过若干个开关周期后,IGBT的损耗也会比较高,结温也会迅速上升,从而导致失效。
在这时,IGBT驱动器一般是不能及时发现这一现象的,因为IGBT的饱和压降的变化很微弱,驱动器通常识别不到这种变化。
所以需要靠电流传感器来感知电流的数值,对系统进行保护。
所以,我们认为,IGBT驱动器是为了解决短路保护,而过流保护则是由电流传感器来完成短路的定义IGBT发生短路时,描述短路电流的数学表达式如下,这是一个线性方程。
它表示,在短路发生时,电流的绝对值与电压,回路中的电感量,及整个过程持续的时间有关系。
绝大部分的短路母线电压都是在额定点的影响短路电流的因素主要是“短路回路中的电感量”。
因此对短路行为进行分类定义时,短路回路中的电感量是主要的分类依据。
如果短路回路中的电感量再继续增大,那么电流变化率就变得更低,此时就不是短路了,变成“过流”了。
这时驱动器是察觉不到这种异常状态的,因此在系统中需要电流传感器来感知电流的绝对数值,从而进行“过流保护”。
我们认为,通常IGBT驱动器是不能进行过流保护的。
二类短路与过流之间没有明显的界限,学术上没有进行定义,在工程上,可以做一个很粗略的假设:10A/us以下的电流变化率视为“过流”。
IGBT退饱和行为,其字面的意思是“退出了饱和区”,实际就是“进入线性区”的另外一种说法。
IGBT的电流如果持续增大,当到达某一个点(退饱和点)时,IGBT的Vce会发生显著变化,会在非常短的时间内(例如几百纳秒内)上升至直流母线电压。
退饱和行为的标志就是Vcesat上升至直流母线电压。
Vcesat在饱和区内的变化是非常微弱的,如果想利用饱和压降的变化来辨识IGBT的电流是很困难的,通常我们只辨识IGBT的退饱和行为。
短路的检测和保护短路保护设置:设置Rvce的阻值,以使R流过电流大约0.6—1mA,比如V DC-LINK电压为1200V,则设置为1.2-1.8MΩ。