基于M57962AL的IGBT驅(qū)動(dòng)電路

摘 要:IGBT廣泛應(yīng)用在電力電子行業(yè)中，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了眾多IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)集成電路，有些驅(qū)動(dòng)集成電路還帶有短路保護(hù)等功能，減少了IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)工作量，方便了IGBT的應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要的介紹了一種將日本ISAHAYA株式會(huì)社生產(chǎn)的M57962AL作為驅(qū)動(dòng)電路主要器件的IGBT驅(qū)動(dòng)電路。

關(guān)鍵詞:IGBT驅(qū)動(dòng)M57962AL

中圖分類號(hào):TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(a)-0072-01

絕緣柵雙極型晶體管IGBT是80年代中期問(wèn)世的一種復(fù)合型電力電子器件，從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)BJT，既有MOSFET的快速響應(yīng)、高輸入阻抗、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的特性，也具備BJT的電流密度高、通態(tài)壓降低，耐壓高的特性，被廣泛的應(yīng)用于電力電子設(shè)備中。IGBT的開(kāi)關(guān)特性與功率MOSFET基本相同，驅(qū)動(dòng)信號(hào)前后沿越陡，IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間就越短。

M57962AL是日本ISAHAYA株式會(huì)社生產(chǎn)的一種IGBT驅(qū)動(dòng)集成電路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules簡(jiǎn)稱HIC)，應(yīng)用在N溝道IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)電路中。M57962AL的輸入與輸出實(shí)現(xiàn)了光電隔離，耐壓Viso達(dá)到2500Vrms(60s)。M57962AL具有IGBT短路保護(hù)功能，在發(fā)生短路故障時(shí)從M57962AL第8管腳輸出一個(gè)低電平故障信號(hào)，同時(shí)降低第5管腳輸出的驅(qū)動(dòng)電壓。M57962AL開(kāi)關(guān)頻率最高可以達(dá)到20kHz，tPLH不超過(guò)1ms，tPHL不超過(guò)1.3ms，tr和tf都不超過(guò)1ms，是一個(gè)比較理想的高速驅(qū)動(dòng)電路。M57962AL可驅(qū)動(dòng)600V/1200V的IGBT模塊，電流分別可以達(dá)到600A/400A。

M57962AL可采用單電源供電或雙電源供電，圖1為使用M57962AL驅(qū)動(dòng)GA150LD120ST模塊的電路圖，采用雙電源+15V，-9V供電方式。使用-9V作為關(guān)斷電壓，提高了抗干擾能力，確保可靠關(guān)斷，保證了電路可靠工作。在圖1電路中，R3=2Ω，C1=1nF，C2=C3=100nF，E1=E2=100mF，Z1=Z2=Z3=30V。R3起到柵極電阻Rg的作用。R3較小時(shí)，可減少IGBT開(kāi)關(guān)時(shí)間，降低開(kāi)關(guān)損耗，但R3過(guò)小將導(dǎo)致IGBT集電極di/dt增大，由此產(chǎn)生的較高尖峰電壓可能損壞IGBT;R3較大時(shí)，則正好相反，降低了尖峰電壓值，但也造成IGBT開(kāi)關(guān)損耗增加。在本電路中R3取2Ω。

在正常工作情況下，M57962AL管腳5根據(jù)管腳13、14的輸入電平而改變輸出電平。在輸出高電平情況下，Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷，IGBT門極處的電壓為+15V，進(jìn)入開(kāi)狀態(tài);輸出低電平情況下，Q2導(dǎo)通，Q1關(guān)斷，IGBT門極處的電壓為-9V，進(jìn)入關(guān)狀態(tài)。在實(shí)際電路中試驗(yàn)，控制信號(hào)開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到20KHZ情況下使用示波器捕捉IGBT門極的電壓波形進(jìn)行觀察，確認(rèn)驅(qū)動(dòng)電路滿足了IGBT驅(qū)動(dòng)要求，工作正常。

在發(fā)生短路故障情況下，M57962AL管腳1用作短路檢測(cè)，短路發(fā)生時(shí)或流過(guò)IGBT電流過(guò)大時(shí)，IGBT的集電極電壓上升，當(dāng)集電極電壓超過(guò)15V，M57962AL進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，故障輸出管腳8輸出低電平，同時(shí)驅(qū)動(dòng)輸出管腳5電平下降，Q2導(dǎo)通，IGBT關(guān)斷。管腳2通過(guò)電容C1連接到+15V。C1電容大小將決定ttrip大小。如不接電容C1，ttrip=2.6ms;C1越大，ttrip也越大，短路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。短路保護(hù)發(fā)生后1～2ms，輸入信號(hào)為低時(shí)M57962AL將復(fù)位，重新進(jìn)入下一輪短路檢測(cè)，管腳8將恢復(fù)高電平。如果短路故障消失，M57962AL將恢復(fù)正常工作狀態(tài)，如果故障依然存在，將再次進(jìn)入短路保護(hù)狀態(tài)。在故障一直存在的情況下，管腳8將出現(xiàn)連續(xù)的脈沖信號(hào)，周期1～2ms。因?yàn)楣苣_8與IGBT是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)光電隔離的，為了安全起見(jiàn)，管腳8的輸出通過(guò)光耦U1光電隔離后將信號(hào)送出。

M57962AL作為一個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)集成電路，其周邊電路并不復(fù)雜。而且自帶的短路保護(hù)功能，降低了IGBT損壞風(fēng)險(xiǎn)，相應(yīng)提高了系統(tǒng)可靠性。目前使用在我司的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制整流逆變一體機(jī)中，工作狀況良好。

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