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基于2SD315模块的IGBT驱动保护电路设计 2011-2-23 7:45:00 来源：作者： 摘 要：IGBT 驱动保护电路是IGBT可靠、稳定、高效运行的基础，也是IGBT所构成系统可靠运行所必不可少的。本文所提出的IGBT驱动保护电路是应用于二极管箝位式的三电平变频器当中，在介绍IGBT主要特性的前提下，介绍应用CONCEPT公司的2SD315模块设计具有高可靠性、高集成度，高效率等特点的 IGBT驱动保护电路，最后给出以型号为2SD315AI-33驱动模块的实际驱动电路。关键词：IGBT，驱动电路，三电平变频器，2SD315 1、引言 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，从而成为当今电力电子行业的首选器件。 电力电子器件的发展水平在很大程度上决定了电力电子产品的发展水平，而目前电力电子器件受电压、电流水平的限制成为电力电子及电气传动行业发展的瓶颈，而 IGBT则是其中一例。在现有的IGBT技术水平上如何能够使其发挥最大功能，这是主要而又关键的问题，除了合理的软件控制方法外，无疑IGBT的驱动保护电路是又一重要环节。目前，IGBT的控制保护电路很多，但在集成度，可靠性等方面还不够完善，本文就此在介绍IGBT基本性能的基础上介绍一种基于 CONCEPT公司的2SD315模块的IGBT驱动保护电路。 2、IGBT特性及驱动设计 本文以eupec公司型号为FF450R17ME3的IGBT为例进行说明。通过查找其技术手册可得：在其节温为125℃，器件集电极与发射级间压降为 UCE=900V，门极驱动电压UGE=±15V，IC=450A，限流电阻RG=3.3Ω时Tdon=100ns，Tdoff=1000ns。但在门极电阻RG不同时，其开关速度也是不同的，当RG小时，其与门极电容的时间常数短，使IGBT深度饱和导通的时间短，反之则长。而IGBT得开关速度直接影响系统效率，但是考虑到di/dt与du/dt对IGBT本身的副作用，又不能使限流电阻过小。一般限流电阻的选择可参照以下公式：[1]~[2] 式中 UCN、ICN分别为IGBT额定电压、额定电流。 图1为FF450R17ME3管压降与电流关系曲线，由图可见当加在门极驱动电压小于12V时，开通曲线电流上升到一定值时，其管压降急剧上升，虽然在 12V时可以使IGBT开通，但期间开通损耗比较大。在8V、9V、10V时，电流达到一定值，管压降呈直线上升，期间通电流能力已经达到极限。由此综合考虑门极驱动电压应大于12V，在工程实际当中一般选择15V，考虑有较快的关断速度，提高抗干扰能力等方面，应加-10~-15V的反偏电压。驱动电路除考虑以上问题外，还需考虑驱动信号的隔离，驱动电源的隔离，控制部分与主回路部分的隔离。以及各开关信号之间有无互锁和死区控制等。 图1 FF450R17ME3管压降与电流关系曲线 3、IGBT 保护电路 IGBT损坏的原因一般有过流、过压、过热3个方面。过压又分集电极发射极过压，门极发射极过压。在过流保护方面．很多生产厂家的技术资料表明：IGBT 短时间最大可承受两倍的额定电流．但是经常承受过电流会使器件过早老化。从图3可以发现。如门极驱动信号的幅值为15V，当IGBT通过450A的额定电流时，管压降大约为2.4V。根据这一特性，可以设计出IGBT过流保护电路。 图2 2SD315典型保护电路 如图2所示为2SD315典型的保护电路，按照该电路的结构，对参数的配置予以计算。由图可见，当IGBT关断时，VT1导通比较器同相端为0，此时 150μA电流经过Rth在比较器反相端形成一个基准电位，此时比较器输出为低电平。当IGBT开通时，VT1关断，此时基准电位依然存在，1.4mA电流经过电容Ca延时后经过电阻Rm、VDM1、VDM2、IGBT后进入参考地。因而在比较器的同相端形成一个点位，其幅值由电阻Rm压降URm，二极管 VDM1、VDM2压降UD以及IGBT压降UCE共同决定，而URm、UD为确定值，所以在比较器同相端的电位就决定于UCE。 由图1可知在某一确定型号的IGBT，通态条件下其两端电压与通过的电流有一定的曲线关系。流过IGBT的电流增大，IGBT两端电压UCE也随之增大，当UCE增大到使比较器同相端电位高于反相端电位时，比较器输出翻转，从而封锁IGBT驱动脉冲。电路参