3.1 隔離功能
由于產(chǎn)生波形邏輯的控制電路與功率主回路之間存在電平差異，而且功率主回路存在非常高的電磁干擾，這就需要進(jìn)行信號(hào)傳遞的隔離及電源供給的隔離。信號(hào)隔離有兩種方式:光耦隔離方式及脈沖變壓器隔離方式。
光耦隔離方式的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用。由于上升延時(shí)及下降延時(shí)在500ns左右的量級(jí)，所以適用在頻率較低的領(lǐng)域。如果需要故障回傳到主控系統(tǒng)，則需要另外一路光耦。為了方便使用，也有將這兩個(gè)光耦集成在一個(gè)封裝之內(nèi)的產(chǎn)品，如hcpl-316j等等。目前市場(chǎng)上光耦隔離方式的最大工作隔離電壓viorm在3500v左右。
脈沖變壓器隔離方式的轉(zhuǎn)換電路相對(duì)復(fù)雜，一般需要使用專用集成電路，但是由于其運(yùn)行速度高，適用在頻率較高的領(lǐng)域，而且故障回傳不需要其它繞組，隔離通道相對(duì)簡(jiǎn)單。只要空間位置允許，變壓器隔離可以因?yàn)槔@制工藝的改進(jìn)做到非常高。此外一些對(duì)動(dòng)態(tài)的隔離有要求的應(yīng)用場(chǎng)合，要求隔離電路的dv/dt耐量非常高，而使用脈沖變壓器隔離則可以達(dá)到75kv/μs以上的水平。
電源供給隔離一般采用不共地的dc/dc變換器，其變壓器隔離耐壓一般是母線電壓的3倍以上，變換器的二次側(cè)必須能夠提供正負(fù)電源。
3.2 死區(qū)隔離功能
驅(qū)動(dòng)死區(qū)隔離的設(shè)置(見圖7陰影部分)對(duì)于半橋、全橋主回路來說是非常重要的。它一般是使用r、c電路來實(shí)現(xiàn)的。r、c電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是容易受溫度影響，成本較高，需要占據(jù)寶貴的pcb板件的面積，死區(qū)時(shí)間的調(diào)整間隔偏大。
針對(duì)上述r、c電路的缺點(diǎn)，很多具有開發(fā)能力的用戶愿意使用“數(shù)字”的方式來獲得死區(qū)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性好，由于調(diào)整步距僅僅與時(shí)鐘信號(hào)頻率有關(guān)，可以做到很精細(xì)，利于優(yōu)化算法及主回路系統(tǒng)。
?
?
圖7 上橋臂a與下橋臂b的死區(qū)示意
3.3 驅(qū)動(dòng)功率的緩沖功能
對(duì)于輸出額定電流在100a以上的igbt來說，雖然屬于具有高阻輸入的場(chǎng)控器件，但是由于寄生電容的存在以及彌勒效應(yīng)，在短時(shí)內(nèi)（微秒或亞微秒）需要向igbt的輸入端輸入或抽出較大的電流，從幾百毫安到十幾個(gè)安培不等，視igbt及主回路的參數(shù)來確定。因此在功率容量上普通的邏輯電路及邏輯緩沖電路均無法勝任，需要專門設(shè)計(jì)的功率緩沖電路來解決。這一類功率緩沖電路基本都是采用圖騰柱輸出級(jí)。很多產(chǎn)品選用雙極型器件如m57962l等，也有選用單極型器件的如2sd315ai等，更有采用混合型器件，其上管選用雙極型器件，下管選用單極型器件如hcipl-316j等等。為了滿足瞬間能夠源出、吸入十幾個(gè)安培，去耦電容的選擇及布局顯得極為重要。一般選用具有良好高頻特性的獨(dú)石電容，在pcb布局時(shí)要求盡量緊靠圖騰柱。
功率緩沖級(jí)的電源供給的容量也是非常重要的，視igbt的門極電荷以或門極電容參數(shù)以及主回路工作頻率來確定。功率緩沖級(jí)電路如圖8所示，它的隔離耐壓水平與信號(hào)傳遞電路的耐壓水平要求等同。
?
?
圖8 功率緩沖級(jí)電路
3.4 檢測(cè)及保護(hù)功能
3.4.1 過流檢測(cè)及保護(hù)
一般采用間接電壓法。當(dāng)igbt出現(xiàn)過流情況時(shí)，vce飽和壓降增大，因此通過檢測(cè)igbt導(dǎo)通時(shí)的vce飽和壓降與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較就可以判斷是否出現(xiàn)過流。為了提高抗干擾能力，出現(xiàn)了很多的基準(zhǔn)設(shè)置及比較方法，避免功率主回路出現(xiàn)頻繁“打嗝”甚至停機(jī)的現(xiàn)象。此外如何安全地關(guān)斷一只甚至多只并聯(lián)處于過流之中的igbt也需要仔細(xì)考慮，目前多數(shù)采用軟關(guān)斷方法避免igbt進(jìn)入“栓鎖”狀態(tài)。檢測(cè)電路如圖9所示。
?
?
圖9 過流檢測(cè)電路
3.4.2 欠壓檢測(cè)及保護(hù)
一般情況下，igbt柵極電壓vge需15v才能使igbt進(jìn)入深飽和;如果vge低于13v，在大電流時(shí)，ce之間過高的導(dǎo)通壓降將使igbt芯片溫度急劇上升;當(dāng)柵極電壓低于10v，igbt將工作于線性區(qū)并且很快因過熱而燒毀;因此需要對(duì)vge的電壓進(jìn)行欠壓檢測(cè)。在2ed300c17-s、skypertmpro等全功能型驅(qū)動(dòng)器的二次側(cè)上都集成了該功能。
3.4.3 溫度檢測(cè)及保護(hù)
在一些公司生產(chǎn)的igbt模塊上，還集成了溫度傳感器，只需將該溫度傳感器的信號(hào)連接到驅(qū)動(dòng)器的相應(yīng)檢測(cè)電路上，就能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器對(duì)igbt溫度的檢測(cè)。由于傳感器安放在igbt的芯片附近，可以更加真實(shí)地反映出igbt芯片的實(shí)際溫度，所以可以更加可靠地保護(hù)igbt模塊。
3.4.4 保護(hù)功能的邏輯處理
一旦igbt模塊出現(xiàn)了上述的任何一個(gè)故障，都需要進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，所以保護(hù)功能的邏輯處理是最關(guān)鍵的一環(huán)，也是最難于設(shè)計(jì)的一環(huán)，而且一般也是由設(shè)計(jì)工程師自己來開發(fā)完成的。它的處理原則是:當(dāng)某一只igbt出現(xiàn)了故障，要求保護(hù)邏輯處理做到:
(1)盡可能不停機(jī);
(2)要防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大;
(3)要求對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行真假的甄別。
這需要采取軟件與硬件結(jié)合設(shè)計(jì)的方法來實(shí)現(xiàn)“智能保護(hù)邏輯處理”。系統(tǒng)不同，管理保護(hù)的邏輯處理設(shè)計(jì)也不同。一般采取的措施是:首先安全關(guān)斷“問題igbt”，然后根據(jù)系統(tǒng)的要求判斷是否需要關(guān)斷更多的igbt，直至停機(jī)。同時(shí)要求每一個(gè)步驟都設(shè)定一個(gè)合適的延時(shí)，以便濾除偽信號(hào)。
3.5 短脈沖抑制功能
在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳輸過程中，由于干擾、計(jì)算誤差等原因會(huì)造成在驅(qū)動(dòng)信號(hào)上出現(xiàn)一些短脈沖，也叫“毛刺”;如果驅(qū)動(dòng)器按照這些短脈沖進(jìn)行相應(yīng)的igbt開關(guān)，則會(huì)造成輸出波形變差，因此必須對(duì)此類短脈沖進(jìn)行抑制。
?
圖10 短脈沖抑制功能
如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源，潮光光耦網(wǎng)。