高壓隔離IGBT驅(qū)動模塊設(shè)計及其電路實現(xiàn)

1、高壓隔離IGBT驅(qū)動模塊設(shè)計及其電路實現(xiàn)作者：海飛樂技術(shù) 時間：2018-05-23 13:541.引言IGBT器件結(jié)合了 M0SFET和GTR器件的優(yōu)良特性，是當(dāng)今電力電子高壓應(yīng)用領(lǐng)域的理 想器件，應(yīng)用非常廣泛，隨著IGBT器件制造技術(shù)的進步。IGBT的應(yīng)用范圍正在向更大電 流、更高電壓等級擴展。高壓lGBT對驅(qū)動電路和保護電路都有很高的要求，國外廠商生產(chǎn)的IGBT模塊通常有 專用的驅(qū)動器與之配套。其驅(qū)動和保護采用ASIC技術(shù)，可靠性高、性能完善，國內(nèi)大功率 lGBT驅(qū)動器主要依靠進口。無自主知識產(chǎn)權(quán)、價格昂貴。有關(guān)高壓、大功率IGBT模塊驅(qū) 動技術(shù)研究相對比較滯后、尚無性能優(yōu)良的專用驅(qū)動控

2、制ASIC。因此，IGBT驅(qū)動器及其控 制IC國產(chǎn)化是迫切需要解決的一項重要課題。2.高壓隔離IGBT雙路驅(qū)動模塊研制方案本模塊采用脈沖變壓器隔離、內(nèi)部自帶高壓隔離的輔助電源，采用雙路輸出，內(nèi)部電 路采用對稱設(shè)計，以求傳輸延遲時間相同。采用IGBT開通初期防誤保護電路、并且預(yù)留外 部防濕保護參數(shù)調(diào)整引腳、力求用戶設(shè)置保護盲區(qū)時間所需調(diào)整的參數(shù)少，調(diào)整方便。圖 1所示為驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)框圖LSI誠沖IE 卜帶叫- 齪一pmVL_Ig_IF ICR _I1-UAJII融苫唆Ik踩誠沖IE 卜帶叫- 齪一pmVL_Ig_IF ICR _I1-UAJII融苫唆Ik踩過吃沖；準(zhǔn)濁xnr小叫1卸1理卜沖uiE

3、CiL COt-ZJ VSO： CCM2 LS2圖1驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)框圖3. IGBT驅(qū)動模塊電路實現(xiàn)模塊功能框圖如圖2所示，電路由初級模式選擇電路、驅(qū)動信號調(diào)制電路、次級解調(diào) 與保護電路、變壓器隔離以及DC/DC電源組成。圖2模塊功能框圖招坪調(diào)制山礎(chǔ)i圖2模塊功能框圖招坪調(diào)制山礎(chǔ)i電3.1隔離脈沖變壓器脈沖變壓器傳遞的是經(jīng)過調(diào)制后的固定脈寬的窄脈沖。脈寬500ns。脈沖變壓器要求 具有高壓隔離和強共模干擾信號抑制功能。本電路采用了能滿足設(shè)計要求的環(huán)形鐵氧體磁 芯、初次級繞組分布磁芯兩側(cè)，實現(xiàn)高壓隔離與信號傳輸。衛(wèi)沮，代再j頃伊兩讖度供擴|3.2衛(wèi)沮，代再j頃伊兩讖度供擴|3.2保護封鎖與延時復(fù)位

4、電路本電路由集成定時器555及外圍芯片組成的單穩(wěn)定時電路構(gòu)成。電路采用如圖3所示 的保護策略。檢測到過流或欠壓時則迅速保護，經(jīng)過一段保護延遲時間后、若故障消除則 自動恢復(fù)正常工作。圖4為保護控制電路、過流保護和欠壓保護電路的兩路比較器輸出信 號并聯(lián)輸入到Q4基極。憤壯正箔I ir圖3過流、欠壓保護控制策略圖4保護控制電路圖5內(nèi)置DC/DC隔離電源電路4.電路的仿真與實驗圖4保護控制電路圖5內(nèi)置DC/DC隔離電源電路4.電路的仿真與實驗4.1仿真實驗為了檢光電路功能和邏輯設(shè)計是否正確、并優(yōu)化電路，對電路進行了仿真實驗。圖6 的上面為四個輸入波形，下面為脈沖變壓器次級輸出波形。仿真結(jié)果顯示，電路很

5、好地完3.3內(nèi)置DC/DC隔離電源實現(xiàn)圖5為DC/DC隔離電源，隔離電源出模塊外部用戶提供的15V直流電源V0共電， CD4047是多諧振蕩器、將4、5、6、14腳接高電平，7、8、9、12腳接低電平。構(gòu)成了無 穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，在1、2、3腳接R、C,輸出端10腳和11腳輸出占空比0.5的互補矩形 波輸出矩形波經(jīng)兩個MOS管放大后，驅(qū)動推挽式功率變換電路的兩個MOSFET開關(guān)管，經(jīng)高 頻變壓器隔離后、在次級進行全橋整流，用5個104電容進行濾波，輸出為16V直流電源, 18V穩(wěn)壓管是為防止輸出電壓過高，從而損壞IGBT而設(shè)計。4.2硬件實驗通過搭建電路并經(jīng)過大最的精心調(diào)試，對電路參數(shù)進行反復(fù)修改，制作了 IGBT驅(qū)動器 的硬件樣機，并進行了實驗。圖7為在驅(qū)動器傳輸工作頻率為50kliz的PWM脈沖時，脈沖變壓器初級和次級波形，結(jié)果看出，模塊調(diào)制電路實現(xiàn)了將驅(qū)動脈沖在上升沿調(diào)制成固定 脈寬窄脈沖的功能、調(diào)制波形很標(biāo)準(zhǔn)，脈沖變壓器工作狀態(tài)良好，傳遞脈沖無失真。圖7 (a)脈沖變壓器測試初級波形圖7 (b)脈沖變壓器測試次級波形5.結(jié)束語主流IGBT驅(qū)動器性能優(yōu)越、可靠性高。但是，這些驅(qū)動器在技術(shù)層面和功能配備上也 存在著很多不足之處，必需在驅(qū)動器設(shè)計中根據(jù)需要加以克服，本文在對高壓I