工程師推薦:詳解各種IGBT驅動電路和保護方法

驅動模塊的模式選擇端MOD外接+15V電源,輸入引腳RC1和RC2接地,為直接工作模式。邏輯控制電平采用+15V,信號輸入管腳InA、InB連 接在一起接收來自單片機的脈沖信號,進行同步控制。2SD315A的SO1和SO2兩只管腳外接三極管和光耦用來向單片機輸出兩輸出通道的 工作狀態,其輸出端結構皆為集電極開路輸出,可以通過外接上拉電阻以適用于各種電平邏輯。 在管腳SO1、SO2和電源之間以及VisoX 和LSX之間加發光二極管進行故障指示。正常情況下SO1和SO2輸出皆為高電平,上電后D3和D4先亮,延時幾秒后熄滅,同時D8和D15發亮。
當檢測到故障信號時,SO1和SO2的輸出電平被拉低到地,即D3和D4發亮,同時D8和D15閃爍。2SD315A是通過監測UCE(sat)來判斷回路是否 短路和過流,當檢測到一路或兩路發生過流現象時,檢測電路會把異常狀態回饋到驅動模塊,驅動模塊內部會產生一個故障信號并將它 鎖存,鎖存時間為1s,在這段時間內,驅動模塊不再輸出信號,而是將兩組IGBT及時關斷予以保護。同時,狀態輸出管腳SO1和SO2的高電平 被拉低,光耦TLP521導通,兩路狀態信號通過或門74LS32送給單片機。為防止因關斷速度太快在IGBT的集電極上產生很高的反電動勢,在 門極輸出端采用如圖所示的電路結構實現開通和關斷速度的不同。開通時門極電阻為3.4Ω,關斷時電阻為6.8Ω,二極管采用快恢 復型,這樣就使關斷速度下降到安全水平。這是一張縮略圖,點擊可放大。按住CTRL,滾動鼠標滾輪可自由縮放
IGBT短路失效機理
IGBT負載短路下的幾種后果
(1) 超過熱極限:半導體的本征溫度極限為250℃,當結溫超過本征溫度,器件將喪失阻斷能力,IGBT負載短路時,由于短路電流時結溫升 高,一旦超過其熱極限時,門級保護也相應失效。
(2) 電流擎住效應:正常工作電流下,IGBT由于薄層電阻Rs很小,沒有電流擎住現象,但在短路狀態下,由于短路電流很大,當Rs上的壓降 高于0.7V時,使J1正偏,產生電流擎住,門級便失去電壓控制。
(3) 關斷過電壓:為了抑制短路電流,當故障發生時,控制電路立即撤去正門級電壓,將IGBT關斷,短路電流相應下降。由于短路電流大, 因此,關斷中電流下降率很高,在布線電感中將感生很高的電壓,尤其是在器件內封裝引線電感上的這種感應電壓很難抑制,它將使器件有過電流變為關斷過電壓而失效。
IGBT過流保護方法
(1) 減壓法:是指在故障出現時,降低門級電壓。由于短路電流比例于外加正門級電壓Ug1,因此在故障時,可將正門級電壓降低。
(2) 切斷脈沖方法:由于在過流時,Uce電壓升高,我們利用檢測集電極電壓的方法來判斷是否過流,如果過流,就切斷觸發脈沖。同時盡 量采用軟關斷方式,緩解短路電流的下降率,避免產生過電壓造成對IGBT的損壞。
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