目前绝缘栅器件(IGBT)驱动技术现状

2022-03-30 12:13分类：电子元器件阅读：

开关电源电路广州中山大学电力电子器件光耦电路的设计方案一向是开关电源行业的核心技术之一。一般功率大的三极管和绝缘层栅电力电子器件(包含VMOS场效管和IGBT绝缘层栅双旋光性功率大的管等),因为元器件构造的不一样,实际的推动规定和技术性也大不一样。前面一种归属于电流量操控元器件,规定适合的交流电波型来推动;后面一种归属于静电场操纵元器件,规定一定的电流来推动。文中只详细介绍后面一种的状况。

　　VMOS场效管(及其IGBT绝缘层栅双旋光性功率大的管等元器件)的源极和栅压中间是绝缘层的二氧化硅构造，直流电源不可以根据,因此低頻的静态数据推动输出功率接近于零。可是栅压和源极中间组成了一个栅压电容器Cgs，因此在高频的更替启用和关闭时必须一定的动态性推动输出功率。小输出功率VMOS管的Cgs一般在10-100pF以内,针对功率的绝缘层栅电力电子器件,因为栅压电容器Cgs很大，在1-100nF,乃至更高,因此必须很大的动态性推动输出功率。更因为漏极到栅压的密勒电容器Cdg,栅压推动输出功率是不可小觑的。

　　为靠谱推动绝缘层栅元器件，现阶段已经有许多完善电源电路。当推动数据信号与电力电子器件不用防护时，光耦电路的制定是相对比较简单的，现阶段也拥有一些出色的推动集成电路芯片，如IR2110。当必须控制器的键入端与輸出端电气隔离时，一般有二种方式：选用光耦合器，或者运用脉冲变压器来给予电气隔离。

　　光耦合器的特点是容积精巧,缺陷是：A.反映比较慢，因此具备很大的时间延迟(快速型光电耦合器一般也超过500ns)；B.光耦合器的輸出级必须防护的輔助开关电源供电系统。

　　用脉冲变压器防护推动绝缘层栅电力电子器件有三种方式：微波感应器、数字功放和自给自足开关电源推动。

　　微波感应器方式便是用变电器次级线圈的输入输出立即推动绝缘层栅元器件，这类办法非常简单，也不用独立的led驱动器，但因为绝缘层栅电力电子器件的栅源电容器Cgs一般很大，因此栅源间的波型Vgs将有突出形变，除非是将初中级的键入数据信号改成具备一定输出功率的大数据信号，相对应脉冲变压器也应选很大容积。

　　数字功放方式中的变电器只给予防护的数据信号，在次级线圈另有整形美容运算放大器来推动绝缘层栅电力电子器件，自然推动波型好，可是必须此外给予防护的輔助开关电源提供放大仪。而輔助开关电源假如疏忽大意，很有可能会引入内寄生的影响。

　　自给自足开关电源方式的现有技术性是对PWM推动数据信号开展高频率(1MHz之上)调配，该数据信号加在防护脉冲变压器的初中级，在次级线圈根据立即整流器获得自给自足开关电源，而原PWM调配数据信号则需历经调制解调获得，显而易见，这类办法并不容易, 价钱自然也较高。调配的特点是能够传播的pwm占空比不受到限制。

　　分时图式自给自足开关电源是北京市落木源企业的自主创新技术性，其优点是变电器在键入PWM信号的升高和降低沿只传送PWM信息内容，在键入讯号的坡屋顶环节传送推动所须要的动能，因此波型失帧不大。这类技术性的不足之处是pwm占空比一般只有做到5－95％。

　　销售市场上的控制器产品介绍

　　当今市面上的制成品控制器,按推动数据信号与被推动的绝缘层栅元器件的电气设备关联来分,可分成立即推动和防护推动二种,在其中防护推动的防护元器件有光耦合器和脉冲变压器二种。

　　不防护的立即控制器

　　在Boost、全波、正激或反激等线路中，输出功率开关管的源极坐落于键入开关电源的中轨，PWM IC輸出的驱使数据信号一般无须与开关管防护，能够同时推动。假如必须很大的推动工作能力,能够加接一级放大仪或者串上一个制成品控制器。立即推动的制成品控制器一般都选用塑料薄膜加工工艺做成IC电源电路，调整电阻器和很大的电容器从外脚位连接。

　　现阶段的制成品控制器类型许多，如TI公司的UCC37XXX系列产品，TOSIBA企业的TPS28XX系列产品，Onsemi企业的MC3315X系列产品，SHARP企业的PC9XX系列产品，IR企业的IR21XX系列产品，这些，类型多种多样，文中未作实际详细介绍，阅读者可查看相关资料。

　　应用光耦合器的防护控制器

　　防护推动商品绝大多数是应用光耦合器来防护键入的驱使讯号和被推动的绝缘层栅元器件，选用厚膜加工工艺做成HIC电源电路，一部分阻容元器件也由脚位连接。

　　现阶段市面上的光学藕合型控制器商品，关键有FUJI企业的EXB8XX系列产品、MITSUBISHI企业的M579XX系列产品、英达集团公司的HR065和西安市爱帕克森电力电子技术有限责任公司的HL402B等，及其北京市落木源电子信息技术有限责任公司的TX-KA系列产品。TX-KA系列产品控制器维护功能齐全、输出功率高、价格低，能够与多种多样其他类别的控制器兼容。

　　该类商品，因为光耦合器的限速，一般输出功率都是在50KHz下列(TX-KA101可以达到80K)。他们的特点是，绝大多数具备过电流保护作用，其过电流量数据信号是以IGBT的管损耗中得到的；一同的不足之处是必须一个或2个单独的輔助开关电源，因此应用比较不便。

　　因为费用难题，此类产品报价稍高，因而只适用在大功率电阻中推动IGBT控制模块，在中小型输出功率行业无法营销推广应用。

　　变电器防护、一路开关电源键入，内置DC/DC輔助开关电源的控制器

　　现阶段有CONCEPT企业的２SD315A和SEMIKRON企业的SKHI2２等，应用2个脉冲变压器传送半桥推动数据信号，必须一路开关电源键入，内置一个DC/DC电源给予推动需要的2个輔助开关电源．輸出的驱使数据信号品质非常好，推动工作能力也很强，但因为构造繁琐，因此容积很大，价格昂贵，只适用特大功率电阻中。以上二种驱动板的数据信号传送选用的是调配技术性。

　　北京市落木源企业也研发了一款变电器防护的控制器，型号规格为KB101，能够工作中在较高的次数上，可是必须客户带来輔助开关电源。

　　变电器防护、调配式自给自足开关电源控制器

　　调配式自给自足开关电源控制器，选用变电器开展电气隔离，根据载波传送推动所须要的动能，根据调配数据信号传送PWM信息内容，因而能够根据0－100％pwm占空比的PWM信号。现阶段的很多驱动板商品都选用这个技术性，如西门康的SKHI27等。

　　片式式的调配控制器，现阶段海外还末见有设备售卖。但有一种2片组合型的，如UNITRODE企业的UC3724/25集成电路芯片对，在其中3724与推动源相接，3725与被推动的绝缘层栅元器件相接，3724与3725中间由客户连接一个脉冲变压器，在UC3724里将PWM信号调配到约１MHz的载频上，送至防护脉冲变压器的初中级，次级线圈輸出讯号在UC3725中根据立即整流器获得自给自足开关电源，根据调制解调获得原PWM信号。

　　中国的片式式调配控制器，有北京市落木源的TX-KE系列产品控制器。

　　调配控制器，除不用客户带来輔助开关电源外，还具备防护工作电压高的特性，可是价钱较高。

　　变电器防护、分时图式自给自足开关电源控制器

　　分时图式自给自足开关电源控制器商品的特点是：价格低，大中小型输出功率的开关电源都可以运用；控制器本身不用独立的供电系统开关电源，简单化了电源电路；輸出推动单脉冲的延迟时间非常少，升高和降低沿也非常险峻；输出功率较高；而且可在pwm占空比5-95%的范畴内工作中。

　　分时图式自给自足开关电源控制器的不足之处是：当输出功率较低时变电器的体型很大，厚膜化艰难，因为自给自足开关电源带来的力量比较有限、无法推动300A/1200V之上的IGBT。

　　TX系列产品控制器详细介绍

　　TX-KA系列产品IGBT控制器

　　选用快速光耦合器防护，保障措施较为完善，具备数据信号封禁作用，能够最大限度地维护IGBT。在其中好几个型号规格与海外商品兼容。KA102具备健全的三段式过流保护，能够推动2000A/1700V的IGBT。

　　TX-KB系列产品IGBT控制器

　　选用变电器防护，输出功率较为高，具备较健全的保障作用，具备数据信号封禁作用。

　　TX-KC系列产品IGBT控制器

　　维护作用相对完善，具备数据信号封禁作用，选用变电器防护，次级线圈选用分时图自给自足开关电源，不用客户给予隔离电源。

　　TX-KD系列产品IGBT控制器

　　类型较多，选用变电器防护，次级线圈选用分时图自给自足开关电源，pwm占空比可以达到5-95%，方便使用，价钱较便宜，能推动各种各样单管系统和半桥、双正激、同歩逆变电路中的多管，但一般不适感用以很低次数的状况。

　　TX-KE系列产品MOSFET、IGBT控制器

　　变电器防护，选用调配技术性，次级线圈选用调配式自给自足开关电源，不用客户给予隔离电源；PWM电源开关信息内容根据调配传送到次级线圈。输出功率范畴宽，pwm占空比可在0－100％中间。

IGBT控制器一切正常輸出波形图的检测

　　带维护作用的驱动和驱动板，客户如要检测一切正常的静态数据(不用主电状况下)輸出波型，必须留意以下几个方面：

　　1、假如整流管IGBT或MOSFET早已联接在电源电路中了，则再加上led驱动器和PWM键入数据信号，就可以在輸出连接端数字示波器见到对应的输入输出数据信号。

2、假如整流管沒有接，仅仅在做一个輸出检测，那麼需要将该接整流管集电结和发射极(或漏极和源极)的二点给予短路故障才行。由于假如集电结或漏极悬在空中，那麼控制器或驱动板将觉得整流管处在短路故障状况而运行內部的防护体制，这时候见到的将是控制器輸出的维护数据信号波型，不论是波型样子或是周期时间都和键入的PWM信号彻底不一样。

IGBT控制器过流保护作用的检测

　　IGBT在使用时要处理的首要情况便是怎样在过电流、短路故障和过电压的情形下对IGBT推行相对完善的维护。过电流常见故障一般必须稍长的时间段才使开关电源超温，因而对它的维护都由主控制器来处理。过电压一般产生在IGBT关闭时，很大的di/dt在内寄生电感器上形成了较高的工作电压，这须要用缓存电源电路来钳制，或是适度减少关闭的速度。短路故障问题出现后瞬间便会造成很大的电流量，迅速便会毁坏IGBT，主控制器的过电流保护压根赶不及，务必由光耦电路或控制器马上多方面维护。

　　因而控制器的过流保护功能分析的是不是健全，对开关电源的可靠运作尤为重要。取得一个光耦电路，应用前先测试一下它的过流保护作用能否健全，是很需要的。文中详细介绍二种测试标准。

　　1、第一种测试标准

　　图上PWM信号送至控制器的讯号键入端，常见故障后再启动电容Creset＝10nF，Dhv是高原反应压快修复管，功率电阻Rlimit＝10－100R，电容器C＝10－470uF。数字示波器可在控制器的填写和輸出端检测。假如不接Creset，则控制器輸出端輸出的是约1ms的单脉冲，也就是IGBT每1ms短路故障一次。充分考虑有的IGBT在这样的情形下时间长了仍有可能超温损坏，连接10nF的Creset后，则为约12ms短路故障一次，确保了IGBT的安全性。

　　过流动性作阀值设定电阻器Rn的选择，请依据所试控制器表明中的有关Rn的详细说明和所实验IGBT的正方向光电流特点曲线图选择适合的电阻值。

　　在单管系统电源电路的电源中，连接适度的Creset后，能够省掉一般的短路故障数据信号意见反馈光电耦合器，只靠落木源控制器本身就能确保IGBT的可靠运作，这也是落木源商品的特性之一。

　　2、第二种测试标准