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1NorbertPluschke1001January20102NorbertPluschke10013NorbertPluschke1001目录目录目录目录定义和分类IGBT的使用和门极电路设计各类型的驱动电路介绍IGBT过压的产生和抑制机理4NorbertPluschke1001IGBT驱动的作用驱动的作用驱动的作用驱动的作用在电力电子装置中的一个重要组成部分,输入连接到控制电路的PWM信号输出端，输出连接到装置各IGBT的门极和发射极，将装置中的控制电路产生的数字PWM信号进行隔离传输和电平转换和功率放大,实现控制电路对IGBT进行开通和关断动作的控制，从而实现装置的功率变换功能。如果电力电子装置比作是一个人，控制电路可以看作是大脑，功率电路看作是手和脚，驱动电路就是连接大脑和手脚之间的脊椎和神经。驱动电路设计的好坏可以影响整个装置的稳定和可靠性。5NorbertPluschke1001我们应该使用什么样的驱动我们应该使用什么样的驱动我们应该使用什么样的驱动我们应该使用什么样的驱动小功率的IGBT驱动220VAC----自举IGBT驱动,高频脉冲变压器,直流电压驱动400VAC----采用简单光藕的新型自举IGBT驱动器中等功率的IGBT驱动400VAC----采用自举供电的光藕690VAC----隔离的脉冲变压器以及复杂的IGBT驱动系统大功率IGBT驱动采用隔离变压器的IGBT驱动采用Vce饱和压降进行过流检测和管理的IGBT驱动系统，包括软关断动作，以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断。6NorbertPluschke1001如何安全地使用如何安全地使用如何安全地使用如何安全地使用IGBT哪个门极驱动电路会适用于模块SKM400GB126D?设计参数：fsw=10kHzRg=?反向恢复二极管的电流为-1.5xIdiodeby80degreecase270Ax1.5=405A7NorbertPluschke1001如何安全地使用如何安全地使用如何安全地使用如何安全地使用IGBT哪个门极驱动电路会适用于模块SKM400GB126D?门极电阻的阻值不能小于门极电阻的阻值不能小于门极电阻的阻值不能小于门极电阻的阻值不能小于“测试过的门极驱动电阻测试过的门极驱动电阻测试过的门极驱动电阻测试过的门极驱动电阻”这个这个这个这个模块为模块为模块为模块为2Ohm8NorbertPluschke1001如何选择正确的门极驱动电阻如何选择正确的门极驱动电阻如何选择正确的门极驱动电阻如何选择正确的门极驱动电阻?Rg=2Ohm两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻Ron=2OhmRoff=5Ohm(降低过压尖峰)195A–maxreverserecoverycurrent开通电阻太小避免出现振荡9NorbertPluschke1001-8152230nC确定确定确定确定IGBT的门极充电参数的门极充电参数的门极充电参数的门极充电参数门极电荷由SEMITRANS的datasheet中的图表6可以看到⇒QG=2230nC门极驱动电路中典型的开通和关断电压分别是VGG+=+15VVGG-=-8V10NorbertPluschke1001计算平均电流计算平均电流计算平均电流计算平均电流计算平均电流:IoutAV=P/ΔUΔV=+Vg+[-Vg]根据公式P=E*fsw=QG*ΔV*fsw⇒IoutAV=QG*fsw=2230nC*10kHz=22.3mA绝对值11NorbertPluschke1001计算峰值门极电流计算峰值门极电流计算峰值门极电流计算峰值门极电流计算在最小的门极电阻情况下的峰值驱动电流E.g.RG.on=RG.off=2ΩIg.puls≈ΔΔΔΔV/RG+Rint=23V/(2Ω+2Ω)=5.75AChipresistance(datasheet)12NorbertPluschke1001选择合适的门极驱动电路选择合适的门极驱动电路选择合适的门极驱动电路选择合适的门极驱动电路驱动电路的最大参数必须不小于实际使用的和计算出来的值。门极电荷QG=2230nC平均电流IoutAV=22.3mA最大门极电流Ig.pulse=5.75A最大开关频率fsw=10kHz集射极最大电压VCE=1200V驱动的通道数量:2(GB模块)双驱动电路13NorbertPluschke1001考虑门极的开通和关断延迟考虑门极的开通和关断延迟考虑门极的开通和关断延迟考虑门极的开通和关断延迟门极电阻会影响以下参数开通时间(影响di/dt)开通延迟关断时间(影响dv/dt)关断延迟由于开通和关断时间的不同，选用了不合适的门极电阻可能会导致模块的上半桥臂和下半桥臂同时导通。门极电阻会影响上下两个半桥IGBT之间的真正死区时间。14NorbertPluschke1001开通死区时间计算开通死区时间计算开通死区时间计算开通死区时间计算15NorbertPluschke1001关断死区时间计算关断死区时间计算关断死区时间计算关断死区时间计算16NorbertPluschke1001门极电阻对延迟的影响门极电阻对延迟的影响门极电阻对延迟的影响门极电阻对延迟的影响17NorbertPluschke1001门极电阻对延迟的影响门极电阻对延迟的影响门极电阻对延迟的影响门极电阻对延迟的影响18NorbertPluschke1001死区时间的解释死区时间的解释死区时间的解释死区时间的解释例如:死区时间=3us逻辑电平开通延迟1us关断延迟2.5us死区时间–关断延迟+开通延迟=实际死区时间实际死区时间:3us–2.5us+1us=1.5us可能太短了–1.5us检查开通和关断的延迟避免出现上下桥臂同时导通计算门极电阻的值（开通，关断延迟）19NorbertPluschke1001IGBT门极和发射极的保护措施门极和发射极的保护措施门极和发射极的保护措施门极和发射极的保护措施—所有的所有的所有的所有的IGBT驱动驱动驱动驱动Rg1Cge=Ciss必须离必须离必须离必须离IGBT很近很近很近很近20NorbertPluschke100121NorbertPluschke1001自举驱动电路自举驱动电路自举驱动电路自举驱动电路–非隔离非隔离非隔离非隔离-L6386D22NorbertPluschke1001电气隔离的要求电气隔离的要求电气隔离的要求电气隔离的要求+VDCGNDTOPBOTSignalprocessing为了保护弱电控制系统远离高压，电气隔离是必须的。隔离可以通过以下方式实现-光藕-脉冲变压器小功率逆变器采用自举驱动电路时，必须把控制板的地和功率地隔离开。23NorbertPluschke1001HCPL-316J–采用光藕的采用光藕的采用光藕的采用光藕的IGBT驱动器驱动器驱动器驱动器隔离隔离隔离隔离24NorbertPluschke1001低成本低成本低成本低成本IGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路25NorbertPluschke1001TD350–采用外部光藕的采用外部光藕的采用外部光藕的采用外部光藕的IGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路26NorbertPluschke1001采用脉冲变压器的采用脉冲变压器的采用脉冲变压器的采用脉冲变压器的IGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路G在短路以及IGBT开通时，通过该电路降低门极和发射极间的电压-两级开通策略Vce管理+15V/-8V管理CollectorGate脉冲变压器+15V-8V27NorbertPluschke1001无变压器的由贴片元件组成的无变压器的由贴片元件组成的无变压器的由贴片元件组成的无变压器的由贴片元件组成的IGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路(page24)Vce压降检测的二极管在主功率板上变压器和电源都在主板上一个逆变器需要6个驱动电路28NorbertPluschke10010tvCE(t),iC(t)VCCIO在在在在IGBT进行关断动作时是否有过压进行关断动作时是否有过压进行关断动作时是否有过压进行关断动作时是否有过压漏感造成的过压漏感造成的过压漏感造成的过压漏感造成的过压过压会根据电流的不同而变化短路，过载在过压的同时会因为吸收电容的存在而产生振荡。检查吸收电容的漏感。漏感和吸收电容的振荡会在IGBT产生一个高压。分析IGBT内部的压降模块内部的漏感（会降低端子上的电压)dtdiLvCstrayovershootCE,×-=29NorbertPluschke1001软关断软关断软关断软关断当软关断时,必须外接一个短路电阻去和门极关断电阻串联RGonRGoffRGoff,SC软关断VGG-0tvCE(t),iC(t)VCCIO软关断策略可以降低电压尖峰30NorbertPluschke1001IGBTDriverDesignRules采用合适的开通和关断电阻考虑过压和反向恢复电流IGBT门极和发射极的保护措施必须进行防静电处理电路的保护措施门极和发射极间的电阻–4.7kOhmto10kOhm双向稳压二极管(16.8V–17.5V)GE间加入小电容去掉振荡必须考虑上下管同时导通的情况因为dv/dt太高(米勒电容会产生一个电流，而且还改变集射极的电压（考虑到门限电压值），在门极和发射极中加入负电压进行关断可以避免这个问题。上下桥臂ＩＧＢＴ的开通和关断延迟31NorbertPluschke1001FocusFebruary2010Release27thFebruary2010“WaterCoolingTechnology”-whywatercooling?-advantageofdeviceswithoutbaseplateforwatercoolingconcepts-Howtoimprovethethermalresistance?-constructionadvice(airbubble)-highpowerdensityconceptwithwatercooledheatsinkandSKiM