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IGBT模块的驱动设计

宣布时间:2010年08月03日 11:08    宣布者:lavida
要害词: IGBT , 驱动设计
1 弁言  

近年来,新型功率开关器件IGBT已徐徐被人们所熟悉。与之前的种种电力电子器件相比,IGBI、具有以下特点:高输入阻抗,可接纳通用低资源的驱动线路;高速开关特点;导通状态低消耗。IGBT在综合性能方面占有显着优势,普遍应用于使命频率为几十千赫兹,输入功率为几千瓦到几十千瓦的种种电力变换装配。在设计驱动电路时,主要推敲以下参数:IGBT的特殊值、短路电流特点、理性负载的关断特点、最年夜栅极发射极电压、栅极输入电容、安然使命区特点。  

光电耦合驱动器件的输入、输入都是有源的,其正向脉冲及负向闭锁脉冲的宽度不受限制,可容易地经由历程检测IGBT通态集电极电压完成过流及短路掩护,并向微处置赏罚赏罚器收回过流报警旌旗暗记。  

2 IGBT下桥臂驱动器件HCPL-316J  

HCPL-316J的主要特点:16引脚双列直插封装;可驱动150 A/1 200 V的IGBT;宽电源电压规模为15 V~30 V;最年夜开关时间为0.5μs;去世区时间为2μs;兼容CMOS/TTL电平;具有光隔离、误差状态反映功效;IGBT“软”关断;VCE欠饱和检测及带滞环欠压锁定掩护;用户可装备自动复位、自动关闭。最小共模榨取15 kV/μs(VCM=1500 V时);具有过流关断、欠压关闭功效;当线途经流或VCC欠压时可自动闭锁所有输入,并收酬金警旌旗暗记;当高侧的悬浮偏置电压源欠压时,可经由历程其外部的欠压自锁电路将3路高侧输入关闭。

HCPL-316J具有过流检测和欠压闭锁输入(under voltage lock-out)功效。过流时,输入误差旌旗暗记,IGBT软关断;电源电压规模为15 V~30 V,在VCM=1 500 V下,最小共模榨取(CMR)电压为15kV/μs,用户可设定正/负逻辑输入、自动复位和自动关断。  

图1为HCPL-316J外部结构图。光耦管LED1组成输入控制电路,VIN+和VIN-划分为正/负逻辑输入端。当输入负逻辑旌旗暗记时,VIN+置为高电平,VIN-接输入旌旗暗记;反之,当输入正逻辑旌旗暗记时,则VIN-置为低电平,VIN+接输入旌旗暗记。输入旌旗暗记门电路由LED1传送到外部驱动电路并转换为IGBT的门极驱动旌旗暗记。光耦管LED2等组成误差旌旗暗记控制电路,该驱动器7引脚悬空,8引脚接地,VCC1和GND1为输入侧电源,VCC2和VEE为输入侧电源,VC为推挽式输入三极管集电极的电源可直接与VCC2相接,或许勾通一只电阻RC以限制输入导通电流,VOUT为门极驱动电压输入端。可以在被驱动的功率器件过流或门极驱动电路自己电源发生误差时,对被驱动的IGBT阻拦快速有用地掩护。该系列驱动器只需一个非隔离的+15 V电源;具有高dv/dt容量;掩护功效完善;误差影象,经由历程FAULT旌旗暗记告诉控制系统;曲折互锁,防止统一桥臂两只IGBT同时守旧;栅极电阻外部可调,应用不合功率的IGBT时都能使命在较高的开关频率下,并取得高转换效力。  


  
由LED2等组成的误差掩护电路,DESAT为过流检测输入端,经由历程勾通电阻和箝位二极管与IGBT集电极相连。正常状态下,弗成能检测到过流误差,FAULT为低电平,RS触发器输入端Q保持低电平,确保输入旌旗暗记经由历程发光二极管LED1,且误差旌旗暗记输入FAULT为高电平,复位端RESET对输入通道不起作用。若DESAT检测到过流旌旗暗记(DESAT端电压逾越7 V),则FAULT为高电平。该旌旗暗记经外部逻辑一方面闭锁驱动器输入及LED1的输入旌旗暗记,此外一方面使LED2导通,RS触发器输入端Q为高电平,误差输入FAULT为低电平,告诉外部微机。当IGBT发生过流。驱动器输入电平降低,使IGBT软关断,以防止突然关断时因发生过压而招致IGBT破损。另外,由于误差输入端FAULT为集电极开路,可完成多个器件的FAULT并联到微机上。  


  
FAULT发生误差后一直保持低电平,直至RESET输入复位为低电平旌旗暗记。  

在应用下臂驱动器驱动比150 A/1 200 V更年夜的IGBT时,可外接电流缓冲器,以扩年夜其驱动才干。由图2的使命时序可知,当DESAT端电压逾越7 V时,发生过流。IGBT下桥臂的驱动电路图如图3所示。  


  
图3中电源+5 V、VB+、VB-(VB+与VB-的电压均为25 V)为器件供应使命电压。与16引脚相连的电位符号IGBTBE和IGBT模块下桥臂的发射极相连,与11引脚相连的IGBTBG1~3划分和下桥臂的门极相接,控制IGBT的导通和关断。当14引脚DESAT的电压高于7 V检测到过流旌旗暗记或VCC欠压时,6引脚FAULT为低电平,器件自动闭锁所有输入,用于掩护IGBT模块,同时向微处置赏罚赏罚器收回一个报警旌旗暗记。  

3 上桥臂驱动器HCPL-3120  

上桥臂驱动HCPL-3120是由磷砷化镓光耦合器和功率输入电路组成,其主要特点:8引脚双列直插封装;驱动电路的最年夜输入电流峰值为2.0 A;最小共模榨取比为15 kV/μs;最年夜低电平为0.5 V,无需栅极负压;最年夜供电电流为5 mA;电源电压规模为15 V~30 V;最年夜开关速率为0.5斗s;具有滞环欠压锁定输入(UVLO)功效。HCPL-3120的外部结构框图如图4所示。HCPL-3120输入电路具有脱期使命电压规模,使其易于供应门控器件所需的驱动电压。它适于特殊容量为1 200 V/100 A的IGBT。关于更高容量的IGBT,可外接电流缓冲器,以扩年夜其驱动才干。上桥臂IGBT驱动电路的原理图如图5所示。  


  



  
图5中。VU+与VU-电压为25 V,输入端(Vo)IGBTTG1和IGBT模块上桥臂中U项的一个门极相毗连,IGBTTE1和发射极相毗连,从而控制IGBT的导通和关断。  

4 实验效果及剖析  

图6是测试时从示波器上取得的。从图中看到正向驱动电压为+16.5 V,负向驱动电压为-7.5 V;接纳此种要领能够有用、快速地导通和关断IGBT,增添了导通和关断历程当中的消耗。  


  
5 阻拦语  

该系统设计在充实应用和知足IGBT模块的特点和请求的情形下,着重研究了IGBT的驱动和掩护特点,选用了驱动器件HCPL-316J、HCPL-3120对其驱动和掩护,知足了IGBT的导通和关断静态请求,使IGBT具有较高的可靠性。
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