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IGBT驅(qū)動電路M57962L的剖析

發(fā)布時間:2008-10-11 來源:電子設計信息網(wǎng)

中心論題:

  • IGBT是一種復合全控型電壓驅(qū)動式電力電子器件。
  • 驅(qū)動電路M57962L簡介。
  • M57962L的工作原理。
解決方案:
  • 一個2.5V~5.0V的閥值電壓使IGBT對柵極電荷集聚很敏感。
  • 檢測管壓降VCE的大小可識別IGBT是否過流。
  • 封閉性軟關(guān)斷功能提高IGBT安全性。

IGBT是一種新型功率器件,即絕緣柵極雙極集體管(Isolated GateBipolar Transistor),是上世紀末出現(xiàn)的一種復合全控型電壓驅(qū)動式電力電子器件。它將GTR和MOSFET的優(yōu)點集于一身:輸入阻抗高,開關(guān)頻率高,工作電流大等,在變頻器、開關(guān)電源,弧焊電源等領(lǐng)域得到廣泛地應用。

IGBT具有一個2.5V~5.0V的閥值電壓,有一個容性輸入阻抗,因此IGBT對柵極電荷集聚很敏感。故驅(qū)動電路必須可靠,要保證有一條低阻抗值的放電回路,同時驅(qū)動電源的內(nèi)阻一定要小,即柵極電容充放電速度要快,以保證VGE有較陡的前后沿,使IGBT的開關(guān)損耗盡量要小。

在IGBT承受短路電流時,如果能及時關(guān)斷它,則可以對IGBT進行有效保護。識別IGBT是否過流的方法之一,就是檢測其管壓降VCE的大小。IGBT在開通時,若VCE 過高則發(fā)生短路,需立即關(guān)斷IGBT。在過流關(guān)斷IGBT時,由于IGBT中電流幅度大,若快速關(guān)斷時,必將產(chǎn)生Ldi/dt 過高,在IGBT兩端產(chǎn)生很高的尖峰電壓,極易損壞IGBT,因此就產(chǎn)生了“軟慢關(guān)斷”方法。M57962L驅(qū)動電路就是依照上述理論進行設計的。

驅(qū)動電路M57962L簡介
M57962L是由日本三菱電氣公司為驅(qū)動IGBT而設計的厚膜集成電路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驅(qū)動模塊內(nèi)部裝有2500V高隔離電壓的光電耦合器,過流保護電路和過流保護輸出端子,具有封閉性短路保護功能。M57962L是一種高速驅(qū)動電路,驅(qū)動信號延時tPLH 和tPHL最大為1.50μs??梢则?qū)動600V/400V 級的IGBT模塊。

M57962L工作程序:當電源接通后,首先自檢,檢測IGBT是否過載或短路。若過載或短路, IGBT 的集電極電位升高,經(jīng)外接二極管流入檢測電路的電流增加,柵極關(guān)斷電路動作,切斷IGBT的柵極驅(qū)動信號,同時在“8”腳輸出低電平“過載/短路”指示信號。lGBT正常時,輸入信號經(jīng)光電耦合接口電路,再經(jīng)驅(qū)動級功率放大后驅(qū)動IGBT。

M57962L的工作原理
M57962L采用雙電源+ Vcc和VEE ,原理如圖1所示。電路組成: (1) 放大隔離電路; (2) 定時復位電路;(3) 過流檢測電路; (4) 過流輸出電路。 
 
圖1  M57962L 芯片原理圖

a 正常開通過程
當控制電路使M57962L輸入端13和14腳有10mA的電流時光耦I(lǐng)C1導通, A點電位迅速下降至VEE,使IC2A的2腳輸出為高電平Vcc ,則三極管V2、V4導通,V3、V5截止,使V7導通,Vcc加到R17上,同時由R18/ (R17+ R18)大于R16/(R15+ R16),導致IC2D 的13腳為低電位,V6 截止,R4/(R3 +R4)大于R16(R15 + R16)使IC2B 的13 腳截至,故IC2的14腳為高電平V1,截止,M57962L的8腳不輸出故障信號。

在M57962L輸入端13和14無電流時,IC1截止,A點電位上升使IC2A的2腳變?yōu)榈碗娢?,則使V3、V5導通,V2、V4截止。lGBT的門極(GATE)通過V5導通到VEE,而使IGBT關(guān)斷。IC2C的14腳輸出為低電平, 使V1、V7導通, 使IC2B、IC2D保持原先狀態(tài)不變。

b 短路故障狀態(tài)
若IGBT己導通發(fā)生過流現(xiàn)象,則E、F兩點電壓升高,經(jīng)過保護延時而使得V7截止, IC2D的13腳變?yōu)榻刂梗筕6導通。在M57962L的8腳輸出故障信號,同時,V6使得A點變?yōu)榈碗娖絍EE進入封閉型軟關(guān)斷過程,此時,M57962L的13和14 腳有無信號,對M57962L的狀態(tài)沒有影響。C6通過R14和R21放電使G點電位緩慢下降,從而實現(xiàn)軟關(guān)斷。同時,C1則通過R4 放電使得IC2B的7腳的電位緩慢下降,當C1 放電結(jié)束時,將打斷軟關(guān)斷過程。若IGBT的短路故障消失則電路就可以恢復正常工作;若IGBT的故障末消失,則M57962L輸出周期為1.3ms的脈沖信號(前沿陡,后沿緩) 。

M57962L采用+15V、- 10V雙電源供電,由于采用- 10V關(guān)斷電壓,能更可靠關(guān)斷,同時具有封閉性軟關(guān)斷功能,從而使IGBT更加安全的工作。

 

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