M579..Series(MITSUBISHI公司生產)
M579..Series是日本三菱公司為IGBT驅動提供的一種IC系列,表7給出了這種系列的幾種芯片的基本應用特性(其中有*者為芯片內部含有Booster電路)。
在M579..Series中,以M57962L為例做出一般的解釋。隨著逆變器功率的增大和結構的復雜,驅動信號的抗干擾能力顯得尤為重要,比較有效的辦法就是提高驅動信號關斷IGBT時的負電壓,M57962L的負電源是外加的(這點和EXB8..Series不同),所以實現起來比較方便。它的功能框圖和圖6所示的EXB8..Series功能框圖極為類似,在此不再贅述。圖9給出了M57962L在驅動大功率IGBT模塊時的典型電路圖。在這種電路中,NPN和PNP構成的電壓提升電路選用快速晶體管(tf≤200 ns),并且要有足夠的電流增益以承載需要的電流。
在使用M57962L驅動大功率IGBT模塊時,應注意以下三個方面的
問題:
1)驅動芯片的最大輸出電流峰值受柵極電阻Rg的最小值限制,例如,對于M57962L來說,Rg的允許值在5Ω左右,這個值對于大功率的IGBT來說高了一些,且當Rg較高時,會引起IGBT的開關上升時間td(on)、下降時間td(off)以及開關損耗的增大,在較高開關頻率(5 kHz以上)應用時,這些附加損耗是不可接受的。2)即便是這些附加損耗和較慢的開關時間可以被接受,驅動電路的功耗也必須考慮,當開關頻率高到一定程度時(高于14 kHz),會引起驅動芯片過熱。
3)驅動電路緩慢的關斷會使大功率IGBT模塊的開關效率降低,這是因為大功率IGBT模塊的柵極寄生電容相對比較大,而驅動電路的輸出阻抗不夠低。還有,驅動電路緩慢的關斷還會使大功率IGBT模塊需要較大的吸收電容。
以上這三種限制可能會產生嚴重的后果,但通過附加的Booster電路都可以加以克服,如圖9所示。
從圖10(a)可以看出,在IGBT過流信號輸出以后,門極電壓會以一個緩慢的斜率下降。圖10(b)及圖10(c)給出了IGBT短路時的軟關斷過程(集電極-發射極之間的電壓uCE和集電極電流iC的軟關斷波形)
EXB841模塊的分析
EX841高速驅動模塊為15腳單列直插式結構,采用高隔離電壓光耦合器作為信號隔離,內部結構圖如圖l所示,其工作頻率可達40 kHz,可以驅動400 M600 V以內及300 A/l200 V的IGBT管,其隔離電壓可達2500AC/min,工作電源為獨立電源20±1V,內部含有一5V穩壓電路,為ICBT的柵極提供+15V的驅動電壓,關斷時提供一5V的偏置電壓,使其可靠關斷。當腳15和腳14有10 mA電流通過時,腳3輸出高電平而使IGBT在1μs內導通;而當腳15和腳14無電流通過時,腳3輸出低電平使IGBT關斷;若ICBT導通時因承受短路電流而退出飽和,Vce迅速上升,腳6懸空,腳3電位在短路后約3.5μs后才開始軟降。
EXB841典型應用圖如圖2所示,電容C1、C2用于吸收高頻噪音。當腳3輸出脈沖的同時,通過快速二極管D1檢測IGBT的C—E間的電壓。當Vce》7V時,過流保護電流控制運算放大器,使其輸出軟關斷信號,在10μs內將腳3輸出電平降為O。因EXB841無過流自鎖功能,所以外加過流保護電路,一旦產生過流,可通過外接光耦TLP521將過流保護信號輸出,經過一定延時,以防止誤動作和保證進行軟關斷,然后由觸發器鎖定,實現保護。
缺點:EXB84l過流保護閥值過高,Vce》7V時動作,此時已遠大于飽和壓降;存在保護肓區;在實現止常關斷時僅能提供一5V偏壓,在開關頻率較高、負載過大時,關斷就顯得不可靠;無過流保護自鎖功能,在短路保護時其柵壓的軟關斷過程被輸入的關斷信號所打斷。