数字IGBT驱动保护电路设计

中大功率的绝缘栅双极型晶体管(IGBT),都需要单独的IGBT驱动电路,传统的驱动电路采用模拟电路来实现无源电阻性门极控制的方案存在一定的缺陷。提出以FPGA为核心,利用数字技术实现可分级控制的有源门极驱动方案,并利用数字控制器的优点,实现对IGBT的实时监测和保护。     

中高压大功率IGBT数字有源门极开环分级驱动技术

在中高压、大容量电力电子变流系统中,大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)是变流器的关键器件,而门极驱动技术是影响IGBT功率器件及其组成的变流系统发挥最优性能的关键因素。首先,对IGBT门极驱动控制技术进行理论分析,确定开环分级点;其次,给出基于FPGA的数字有源门极开环分级驱动器具体实现电路;最后,基于设计的数字驱动器和Concept驱动器进行对比实验,结果表明在不恶化其他参数(反向恢复电流、关断电压尖峰、diC/dt、dvCE/dt)下,所研究的数字分级驱动器可减少开通关断延时。     

高频电源模块驱动电路设计

在IGBT的使用过程中,驱动电路选择的合理性和设计是否正确是影响其推广使用的问题之一。IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv／dt等参数均与门极驱动条件密切相关。因此,设计合理、性能优越的驱动电路是高频电源模块运行可靠的保证。本文介绍了驱动器M57962AL的特点以及选用该驱动器实现的IGBT驱动电路。     

基于IGBT器件的大功率高压直流断路器数字驱动的设计

针对大功率多开关的应用场合,提出一种新的基于现场可编程门阵列(field programmble gate array, FPGA)高效并安全更可靠的多功能绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)数字驱动器,该驱动器能利用全面的IGBT状态检测电路、多路信号故障检测和保护电路。多开关、大功率10 kV/5 kA的断路器试验,验证了该驱动器能保证IGBT实现均压均流、温度检测等功能有效性,仅用6.4μs实现同时关断的功能,使IGBT开关过程得到优化,保障整个断路器的安全可靠。     

一种基于di_C/dt反馈控制的大功率IGBT驱动保护方法

针对大功率IGBT提出一种新型的有源门极驱动保护方法。在IGBT正常开通与关断过程中,利用di_c/dt反馈控制,设计软开通及软关断电路,有效缩短IGBT的开通与关断时间,提高IGBT的开关频率,减小器件功率损耗;在IGBT发生短路时,结合di_c/dt反馈技术,设计改进型有源钳位保护电路,实现IGBT软关断,防止关断时产生较大的过冲电压损坏IGBT,同时有效减小门极触发电阻R_g上的损耗。利用Saber软件进行电路仿真,并基于大功率IGBT模块YMIF1200-33实验平台,验证方案的可行性,结果表明,相对于传统控制方案,正常开关情况下,开通时间缩短了26.5%,关断时间缩短了52.6%;短路情况下,相对于传统有源钳位方法,改进方案在有效钳住V_(CE)电压的同时,关断期间门极电阻上的电流减小到原来的35.4%,并能在短路发生的第一时间迅速可靠地关断IGBT。     

IGBT驱动保护电路研究

介绍了IGBT门极驱动保护电路的分类,分析了IGBT驱动保护电路的发展趋势,对常用IGBT驱动器如光耦隔离型、变压器隔离型等典型电路进行了分析,并将市场上常用厂家生产的IGBT驱动器工作参数和性能进行了比较,结合对工程实践中IGBT故障的分析,讨论了选用IGBT驱动器时的参考原则,理论分析和应用实践表明,内部集成完善保护功能的光耦隔离驱动有较好的性价比,高频变压器隔离驱动有较高的可靠性。     

串联IGBT的一种复合均压方法

针对IGBT串联应用时的集射极电压均衡问题,提出并研究了一种门极平衡核与无源RCD缓冲电路相结合的复合均压方案。分析了门极平衡核的均压原理,借助门极驱动等效电路模型,导出了门极平衡核的参数设计方法。在IGBT门极与发射极之间引入瞬态电压抑制器,有效减缓了平衡核变压器的漏感与IGBT输入电容引发的门极信号振荡幅度,同时有效保护了IGBT门极过电压。建立了复合均压方案的仿真与实验系统,实验结果表明,复合均压方案对由于IGBT特性参数差异和门极驱动信号不同步而引起的IGBT集射极电压不均问题具有显著的平衡效果。     

基于IGBT串联运行的动态均压研究

绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)串联运行易于实现IGBT的扩容,但同时也带来了不均压的问题。设计了以L,R为感性负载的实验电路,采用仿真软件PSpiee仿真分析出IGBT串联运行时动态不均压原因是吸收电路参数不一致、门极驱动信号延时不同、门极驱动电路参数不一致引起的。并提出了IGBT串联运行动态均压措施(选同型号IGBT、吸收电路参数与结构一致、门极驱动信号同步、门极电路参数一致)。     

大功率IGBT智能门极驱动光纤通信方法研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)门极驱动技术作为连接功率器件和低压控制电路的纽带,对变流器的可靠运行起着至关重要的作用。针对大功率IGBT状态监测和健康管理需求,提出一种适用于大功率IGBT智能门极驱动光纤数据通信协议架构及编码方法。基于该协议不但可以实现IGBT开关控制,还可以实现控制器与门极驱动板的双向数据交互,为IGBT主动门极控制和在线状态监测提供了一条信息高速公路,实验验证了该编码协议的有效性,对大功率IGBT的高可靠应用及健康管理具有重要意义。     

IHD智能半桥驱动器

1　概述IHD系列智能半桥驱动器是为可靠驱动工作于开关状态的IGBT并对其实施安全保护而设计的通用驱动器模块。所有型号的IHD管脚接点都是一致的 ,不同的只是它们的驱动能力 (最大门极电流和DC/DC转换器的输出功率 )。具有较高输出功率的IHD适合运用于功率大的模块或许多晶体管并联在一起以及高频的场合。IHD智能半桥驱动器的方框及连接图见图 1。IHD系列驱动器有两个通道 ,各自包含一个将控制部分与功率部分隔离的电隔离电路、一个IGBT晶体管过流及短路保护电路、一个电源电压监测电路、一个状态确认电路以及一个电隔离集成DC/…     

电流源型驱动在高功率密度IGBT5中的应用研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）的不断发展也推动着驱动技术的发展。为了减小高功率密度IGBT开通损耗以及优化电流变化率di/dt,提升系统的功率密度和能量转换效率,使用一种具有转换速率控制功能的驱动芯片设计电流源型驱动。通过双脉冲实验平台进行测试,将结果与传统的电压源型驱动测试的结果进行对比、分析,从而验证该电流源型驱动在减小开通损耗和优化电流变化率di/dt方面的优势,为驱动电路的研究与设计提供参考。     

智能功率模块在电动汽车中的应用

二十世纪八十年代末推出第1代智能功率模块(IPM),它集成了绝缘栅双极性晶体管(IGBT)硅片及其驱动和保护电路.至今,己开发出了5代IPM.此外介绍第5代IPM的最新技术.最新的IGBT全栅型载流子存储沟槽栅型双极性晶体管(CSTBTm)硅片技术可实现饱和压降与关断损耗的最佳折衷.最新的IPM在维持关断损耗Eoff不变的情况下,显著降低Vceset,从1.9 V降至1.75 V.新的集成技术也优化了保护功能,而且模块的功率循环和热循环能力大大得到提高.测试结果证明,IPM在电动汽车的应用中也能体现优异的性能.     

一种改进控制电路在IGBT串联中的应用

绝缘栅双极型晶体管IGBTs(insolated gate bipolar transistor)串联应用实现的关键在于动态均压。首先,从理论上分析了传统IGBT控制电路中寄生电容存在的主要原因,以及其对IGBT串联均压产生的影响;然后,提出了一种改进型控制电路,与传统的控制电路相比,改进型控制电路从主电路获取控制信号驱动IGBT所需功率,无需外接直流电源和电源隔离,减少了寄生电容的引入,能在一定程度改善IGBT的串联均压;最后,通过仿真和实验验证了该电路的有效性。在工程应用上具有一定的参考价值。     

IGBT动态串并联驱动信号补偿的研究

为解决多个IGBT的串并联问题以实现单管IGBT在高电压、大电流场合的应用,在研究了各种IGBT串并联的直接主动控制和间接被动控制方法后分析了IGBT串并联发生动态不均压均流的原因,明确了驱动信号的同时工作是可靠地实现控制方法的关键。结合工程实际的应用,采用一个高频脉冲变压器KCB-02A1来补偿IG-BT门极驱动信号,由电路基本理论推导出该脉冲变压器的参数选取原则;然后运用计算机辅助设计软件PSPICE仿真验证了该方法在IGBT串联动态均压中的有效性;最后通过搭建实验电路验证了该方法能实现并联动态均流的驱动信号补偿,从而能整体实现IGBT串并联的动态实用性,给工程实用中的IGBT动态串并联运行提供了一种可行的方法。     

SiC MOSFET特性及其应用的关键技术分析

SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)以其优越的特性受到国内外学者的广泛关注,采用SiC器件的变换器能够采用高的开关频率、适应高温工作,实现高的功率密度,在一些应用场合能够代替Si基高频开关器件而显著提高电能变换装置的性能。然而,SiC器件与Si器件存在较大的差异,在实际应用中直接替换使用会存在诸多的问题,例如提高工作频率后产生的桥臂串扰、电磁干扰EMI(electromagnetic interference)等问题。目前已有大量关于SiC MOSFET应用研究的文献,但大部分都是针对SiC MOSFET应用中个别问题的研究,尚缺少对SiC MOSFET应用研究成果的系统性归纳与总结的文献。首先基于对SiC MOSFET与Si MOSFET/IGBT(insulated gate bipolar transistor)的静态、动态特性的对比,总结出SiC MOSFET在实际应用中需要关注的重点特性;然后从SiC MOSFET建模、驱动电路设计、EMI抑制以及拓扑与控制方式的选择等方面对已有的研究成果进行归纳与评述;最后指出了SiC MOSFET在应用中所需要研究解决的关键问题。     

混合集成IGBT驱动器的实验与分析

QP12W05S-37(A)是一种自带隔离电源的混合集成型IGBT驱动器,作为隔离放大器,可应用于任何需要栅极放大驱动的场合.通过光耦为功率开关器件提供必要的初/次级之间电气隔离.并且采用检测IGBT的集电极欠饱和压降的方法来实现过流及短路保护功能.文中主要分析IGBT的驱动和保护问题,详细介绍混合集成IGBT驱动器Q...     

基于IGBT门驱动减小PWM逆变器死区影响的策略

提出了一种新颖的IGBT门驱动方法,对于PWM电压源型逆变器,其容易在IGBT的门驱动器中实现.用这种方法,逆变器同一相的上、下IGBT可以接收理想的没有死区的PWM信号,并且不会引起直通问题.描述了所提出IGBT门驱动方法的原理,并且仿真结果证明了该方法的正确性.     

4 500 V沟槽栅IGBT芯片的设计与研制

为提升IGBT单芯片的电流密度,掌握高压沟槽栅IGBT技术,进行4500 V沟槽栅IGBT芯片的研制。使用TCAD仿真软件,对4500 V沟槽栅IGBT的衬底材料、载流子储存层设计、沟槽宽度、沟槽深度、假栅结构等方面进行研究和仿真分析,明确各方面设计与芯片性能的关系。根据总体设计目标,确定相应的芯片结构和工艺参数,并对4500 V沟槽栅IGBT芯片进行流片验证。验证结果显示：4500 V沟槽栅IGBT芯片的测试结果符合设计预期,芯片的额定电流、导通压降、开通损耗和关断损耗等关键参数相比平面栅IGBT芯片有明显优化。     

新型IGBT集成驱动模块2SD315A应用研究

针对目前中大功率IGBT的普遍应用 ,以及常用中功率IGBT集成驱动器EXB84 1、M 5 796 2等的驱动能力的限制 ,详细介绍了一种新型的适用于中大功率IGBT的集成驱动模块 2SD31 5A的工作原理、工作特性以及短路保护的特点 ,它能够驱动 4 0 0A/1 70 0V及其以上等级的IGBT模块。讨论了实际应用中涉及的具体问题 ,结果表明 2SD31 5A具有很强的动态驱动能力和可靠的保护功能 ,是性能优良的新型IGBT集成驱动模块