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  • 三電平逆變器IGBT驅動與保護電路的實現
    • 發布時間:2020-07-31 17:59:30
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    三電平逆變器IGBT驅動與保護電路的實現
    本文針對IGBT對驅動電路的要求,提出并分析了一種廉價的、適用于三電平逆變器的IGBT驅動和保護電路,并給出了設計時需要注意的問題。
    引言
    由于三電平電壓型逆變器對主元件的耐壓要求可降低一半,而且輸出波形好,因而一出現就顯示了巨大的優越性。本設計方案中三電平電壓型逆變器由12個IGBT單元和鉗位二極管等組成中性點鉗位電路。有三個電平(+E、0和-E)輸出,在直流中間環節電容分壓對稱時,就有27種不同的輸出狀態。由于主電路中有12只IGBT,因此需要12路驅動電路。如果每路驅動電路采用獨立開關電源+驅動模塊+IGBT的常用模式,則成本非常高。在這種情況下,就很有必要設計一種廉價、實用且有效的IGBT驅動保護電路,既能降低成本,又不至于削弱電路的各種性能。
    IGBT對驅動電路的基本要求
    作為三電平逆變器的主要功率開關器件,IGBT的工作狀態直接關系到整個系統的性能。所以設計合理的驅動電路顯得尤為重要。理想的驅動電路應具有以下基本性能:
    1. 要求驅動電路為IGBT提供一定幅值的正反向柵極電壓Vge。正向Vge越高,器件Vces越低,越有利于降低器件的通態損耗。但為了限制短路電流幅值,一般不允許Vge超過+20V。關斷IGBT時,必須為器件提供-5V~-15V的反向Vge,以便盡快抽取器件內部的存儲電荷,縮短關斷時間,提高IGBT的耐壓和抗干擾能力。
    2. 要求驅動電路具有隔離輸入輸出信號的功能,同時要求在驅動電路內部信號傳輸無延時或延時很小。
    3. 要求在柵極回路中必須串聯合適的柵極電阻Rg,用以控制Vge的前后沿陡度,進而控制器件的開關損耗。Rg增大,Vge前后沿變緩,IGBT開關過程延長,開關損耗增加;Rg減小,Vge前后沿變陡,器件開關損耗降低,同時集電極電流變化率增大。因此,Rg的選擇應根據IGBT的電流容量、額定電壓及開關頻率,一般取幾歐姆到幾十歐姆。
    4. 驅動電路應具有過壓保護和dv/dt保護能力。當發生短路或過流故障時,理想的驅動電路還應該具備完善的短路保護功能。
    IGBT驅動和保護電路的實現
    根據以上對IGBT驅動及短路保護電路的討論,本文設計了一種具有完善短路保護功能的隔離式IGBT驅動和保護電路,如圖1所示。
    驅動電路
    驅動電路由兩部分組成:載波部分和驅動部分。
    載波部分由74HC02、晶振、74LS74、75452和脈沖變壓器組成。利用調制解調的原理,脈沖變壓器既利用高頻信號傳遞能量,同時又對驅動信號進行調制。由或非門74HC02和晶振構成多諧振蕩器,產生2MHz的高頻載波信號。由于脈沖變壓器工作在推挽方式下,因此需要兩個相位相差180男藕牛珼觸發器74LS74的兩個反相輸出端提供兩個反相信號驅動75452。75452是—個集成驅動器。當驅動信號PWM1和故障信號GZ1同時為高電平時,與門74HC08輸出高電平,75452選通,高頻載波信號驅動變壓器,將驅動功率和驅動信號同時傳遞到驅動部分。當PWM1和GZ1中有一個為低電平時,封鎖高頻載波信號,驅動級靠儲存的能量維持工作。同時,脈沖變壓器工作在推挽方式下,還可以將驅動器75452的壓降鉗位在2倍的工作電壓(即10V)上,以防止過電壓燒壞75452。
    驅動部分由VD1~VD6、C5~C8、VZ1、VZ2、C1、R1、V2、R3、V3和V4組成。其中,VD3~VD6作為全橋整流,C5~C8為濾波電容,將高頻載波信號中的能量儲存在電容中,用來提供驅動功率。VDl和VD2實現反向全波整流,既避免了與正向全橋整流競爭,又可用于分辨驅動信號。VZ1和VZ2用于穩壓,為后級電路提供一個穩定的
    逆變器IGBT驅動
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