2022年基于集成驱动电路的IGBT驱动电路设计.docx
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1、精品学习资源辽 宁工 业 大 学电力电子技术课程设计(论文)题目:基于集成驱动电路地 IGBT驱动电路设计院(系): 电气工程学院专业班级: 自动化 124班学 号: 120302098同学姓名:李晓晨 指导老师:(签字)起止时间:2021.12.29-2021.01.09欢迎下载精品学习资源课程设计(论文)任务及评语院(系):电气工程学院教研室:自动化学 号120302098同学姓名李晓晨专业班级自动化 124欢迎下载精品学习资源课程设计(论文)题目基于集成驱动电路地 IGBT 驱动电路设计课题完成地功能:本课程设计利用集成驱动电路实现绝缘栅双极晶体管IGBT 地驱动电路设欢迎下载精品学习资
2、源计.设计任务及要求:程(1)依据给出地绝缘栅双极晶体管IGBT 地额定数据,利用集成驱动电路(如课EXB841 、M57962L 等)实现 IGBT 地外围驱动电路设计 .设(2)要求为 IGBT 供应肯定幅值地正反向栅极电压 U GE .计(3)驱动电路要具有隔离输入、输出信号地功能.论(4)要求掌握好 U地前后沿陡度,掌握好IGBT 地开关损耗 .GE文(5)具有过电压爱护和 du/dt 爱护才能 .任)(6)具有完善地短路爱护才能 .务(7)撰写课程设计说明书(论文).技术参数:绝缘栅双极晶体管 IGBT 地额定电压 1200V,额定电流 400A,最大开关频率 20kHz,驱动电压
3、+15V,关断电压 -5V.(1)布置任务,查阅资料,确定系统地组成(2 天) 进(2)对系统各组成部件进行功能分析( 3 天)度(3)系统电气电路设计及调试设计( 3 天)划计(4)撰写、打印设计说明书及答辩( 2 天)指导教评师平常: 论文质量: 答辩:语总成果:指导老师签字: 及成年 月 日绩注:成果:平常 20%论文质量 60%答辩20% 以百分制运算欢迎下载精品学习资源摘要介绍了绝缘栅双极型晶体管 IGBT( Insulated Cate Bipolar Transisto)r 器件驱动电路设计地一般要求,对 EXB 841 芯片地工作过程作了深化地分析,讨论了EXB 841 对 I
4、GBT 地开通和关断以及过流爱护地原理,指出了用EXB 841 直接驱动 IGBT 时存在地问题和不足,主要是过流爱护地阀值太高,关断不行靠及在软关断时没有对外部输入信号进行封锁.同时,提出了针对这些不足在设计驱动电路时应当实行地几种有效方法.最终,运用 EXB 841 及其他器件设计和优化了一个 IGBT 地驱动电路,该驱动电路通试验证明能够有效地对 IGBT 器件进行驱动和过电流爱护 .关键词:绝缘栅双极型晶体管; EXB 841;驱动电路欢迎下载精品学习资源目录第 1 章 绪论 1第 2 章 课程设计地方案 32.1 概述 32.2 系统组成总体结构 3第 3 章 IGBT 驱动电路设计
5、 43.1 IGBT驱动电路设计要求 53.2 EXB841 地掌握原理 53.3 EXB841 存在地不足与改进 7第 4 章 基于 EXB 841 驱动电路设计、优化 94.1 IGBT驱动电路及故障信号封锁电路设计94.2 IGBT驱动电路优化 10第 5 章 课程设计总结 13参考文献 14欢迎下载精品学习资源第1章 绪论80 岁月初期,用于功率MOSFET 制造技术地 DMOS (双扩散形成地金属 -氧化物-半导体)工艺被采纳到IGBT 中来.在那个时候,硅芯片地结构是一种较厚地 NPT(非穿通)型设计 .后来,通过采纳 PT(穿通)型结构地方法得到了在参数折衷方面地一个显著改进,这
6、是随着硅片上外延地技术进步,以及采纳对应给定阻断电压所设计地n+缓冲层而进展地 .几年当中,这种在采纳PT 设计地外延片上制备地 DMOS 平面栅结构,其设计规章从 5 微 M 先进到 3 微 M.90 岁月中期,沟槽栅结构又返回到一种新概念地IGBT,它是采纳从大规模集成( LSI )工艺借鉴来地硅干法刻蚀技术实现地新刻蚀工艺,但仍旧是穿通( PT)型芯片结构 .在这种沟槽结构中,实现了在通态电压和关断时间之间折衷地更重要地改进 .硅芯片地重直结构也得到了急剧地转变,先是采纳非穿通(NPT )结构,继而变化成弱穿通( LPT)结构,这就使安全工作区(SOA)得到同表面栅结构演化类似地改善 .
7、这次从穿通( PT)型技术先进到非穿通( NPT)型技术,是最基本地,也是很重大地概念变化 .这就是:穿通( PT)技术会有比较高地载流子注入系数,而由于它要求对少数载流子寿命进行掌握致使其输运效率变坏.另一方面,非穿通( NPT)技术就是基于不对少子寿命进行杀伤而有很好地输运效率,不过其载流子注入系数却比较低 .进而言之,非穿通( NPT)技术又被软穿通( LPT)技术所代替,它类似于某些人所谓地 “软穿通 ”(SPT)或 “电场截止 ”( FS)型技术,这使得“成本性能”地综合成效得到进一步改善 .1996 年, CSTBT(载流子储存地沟槽栅双极晶体管)使第5 代 IGBT 模块得以实现
8、,它采纳了弱穿通(LPT)芯片结构,又采纳了更先进地宽元胞间距地设 计.目前,包括一种 “反向阻断型 ”(逆阻型)功能或一种“反向导通型 ”(逆导型)功能地 IGBT 器件地新概念正在进行讨论,以求得进一步优化.经过 20 多年地进展, IGBT 表现出了很强地生命力,其开关性能经受五代改进也日臻完善 .同时, IGBT 地容量等级也在快速提升,单管电压已6500V,无均流并联电流已 3300 A,已成为基本上取代了GTR,并在很多应用领域挑战 GTO 地电力半导体开关器件 .驱动电路地结构和参数会对IGBT 地运行性能产生显著影响,如开关时间、开关损耗、短路电流爱护才能和抗du/dt 地才能
9、等 .因此,依据 IGBT 地型号类型和参数指标合理设计驱动电路对于充分发挥IGBT 地性能是特别重要地 .欢迎下载精品学习资源功率器件地不断进展使其驱动电路也在不断地进展,相继显现了很多专用地驱动集成电路 .IGBT 地触发和关断要求给栅极和发射极之间加上正向电压和负向电压,栅极电压可由不同地驱动电路产生.当挑选这些驱动电路时,必需基于以下因素进行:器件关断偏置地要求、栅极电荷地要求、耐固性地要求等.IGBT 地驱动电路是 IGBT 与掌握电路之间地接口,它对IGBT 地正常运行具有特别重要地影响.采纳一套性能良好地驱动电路可缩短开关时间,减小开关损耗,使IGBT 工作在较抱负地开关状态下,
10、同时对电源地运行效率、牢靠性和安全性都有重要地意义 .另外,一套性能良好地驱动电路由于本身具有多种爱护措施,可以防止 运行中地一些意外冲击而损坏IGBT.因此驱动电路地挑选和设计显得尤为重要.IGBT 作为功率电源地主要电力电子器件,其栅极驱动电路设计地优劣直接关系到由 IGBT 构成地系统长期运行地牢靠性 .只有设计合理地 IGBT 驱动电路, 才能保证 IGBT 地牢靠运行 .欢迎下载精品学习资源第2章 课程设计地方案2.1 概述本次设计主要是综合应用所学学问,运用EXB841 及其他器件设计和优化了一个IGBT地驱动电路 .能够较全面地巩固和应用“电力电子技术 ”课程中所学地基本理论和基
11、本方法, 并初步把握利用IGBT 设计地基本方法 .应用场合 :随着电力电子技术朝着大功率、高频化、模块化进展,绝缘栅双极晶体管 IGBT 已广泛应用于开关电源、变频器、电机掌握以及要求快速、低损耗地领域中.IGBT是复合全控型电压驱动式电力电子器件,兼有 MOSFET 和 GTR 地优点 :输人阻抗高 ,驱动功率小 ,通态压降小 ,工作频率高和动态响应快.目前 ,市场上 500 3000V , 8001300A地 IGBT ,因其耐高压、功率大地特性,已成为大功率开关电源等电力电子装置地首选功率器件.2.2 系统组成总体结构驱动电路电压信号主电路爱护电路图 2.1 系统结构图EXB 841
12、存在过流爱护无自锁功能等问题,再结合这些问题设计了驱动电路并对其进行了优化.设计一个爱护电路对IGBT进行有效地驱动、掌握和过电流爱护.使其正常工作,爱护电路中地器件不被损坏 .欢迎下载精品学习资源第3章 IGBT驱动电路设计绝缘栅双极型晶体管 IGBT( Insulated Cate Bipolar Transistor)是一欢迎下载精品学习资源种由双极晶体管与 MOSFE组T合地器件,它既具有 MOSFE地T栅极电压掌握快速开欢迎下载精品学习资源关特性,又具有双极晶体管大电流处理才能和低饱和压降地特点,近年来在各种电力变换装置中得到广泛应用 . 但是 IGBT地门极驱动电路影响 IGBT地
13、通态压降、开关时间、开关损耗、承担短路电流才能及等参数,打算了 IGBT地静态与动态特性 . 因此,在使用 IGBT时,最重要地工作就是要设计好驱动与爱护电路.IGBT地等效电路如图 3.1 所示. 由图 1 可知,如在 IGBT地栅极 G和发射极E 之间加上驱动正电压,就 MOSFE导T 通,这样 PNP晶体管地集电极 C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;如IGBT地栅极和发射极之间电压为 0V,就MOS截止,切断 PNP晶体管基极电流地供应,使得晶体管截止.IGBT 与 MOSFE一T 样也是电压掌握型器件,在它地栅极G发射极 E 间施加十几伏地直流电压,只有在 uA 级地漏电流流过,
14、基本上不消耗功率 .图 3.1 a为 IGBT 等效电路图 b为 IGBT 电气符号IGBT模块地电压规格与所使用装置地输入电源即试电电源电压紧密相关.欢迎下载精品学习资源使用中当 IGBT模块集电极电流增大时,所产生地额定损耗亦变大. 同时,开关损耗增大,使原件发热加剧,因此,选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流 . 特殊是用作高频开关时,由于开关损耗增大,发热加剧,选用时应当降温等使用.3.1 IGBT驱动电路设计要求1. 动态驱动才能强,能为 IGBT栅极供应具有陡峭前后沿地驱动脉冲 . 否就 IGBT会在开通及关断过程中产生较大地开关损耗 .2 ). 能向 IGBT供应适当地正向和
15、反向栅压 . 一般取+15V左右地正向栅压比较恰当,取 -5V 地反向栅压让 IGBT能牢靠截止 .(3). 具有栅压限幅电路,爱护栅极不被击穿 .IGBT 栅极极限电压一般为20V,驱动信号超出此范畴可能破坏栅极 .(4). 当 IGBT处于负载短路或过流状态时,能在 IGBT答应时间内通过逐步降低栅压自动抑制故障电流,实现 IGBT地软关断 . 驱动电路地软关断过程不应随输入信号地消逝而受到影响 .当然驱动电路仍要留意其他几个问题 . 主要是要挑选合适地栅极电阻 Rg和Rge 以及要有足够地输入输出电隔离才能,要能够保证输入输出信号无延时,同EXB841 是 300A/1200V 快速型
16、IGBT 驱动专用模块,整个电路推迟时间不超过 1s,最高工作频率达 40 一 50kHz,它只需外部供应一个部产生一个一 5V 反偏压,模块采纳高速光耦合隔离,射极输出速关断功能 .+20V 单电源,内.有短路爱护和慢EXB841 主要由放大、过流爱护、 5V 基准电压和输出等部分组成 .其中放大部分由 TLP550,V2,V4,V5 和 R1,C1,R2,R9 组成, TLP550 待改进.起信号输人和隔离作用, V2 是中间级, V4 和 V5 组成推挽输出;短路过流爱护部分由V1,V3,V6,VZ1 和 C2,R3,R4,R5,R6,C3,R7,R8,C4等组成,实现过流检测和延时保护
17、功能.EXB841 地 6 脚通过快速复原二极管接至 IGBT 地 C 极,检测 IGBT 地集射之间地通态电压降地高低来判定IGBT 地过流情形加以爱护; 5V 电压基准部分由 R10,VZ2,C5 组成,为 IGBT 驱动供应一 5V 反偏压.时要保证当 IGBT损坏时驱动电路中地其他元件不会被损坏 .日本 FUJI 公司地 EXB 841芯片具有单电源、正负偏压、过流检测、爱护、软关断等主要特性,是一种比较典型地驱动电路 . 其功能比较完善,在国内得到了广泛应用 .3.2 EXB 841 地掌握原理EXB 841 工作原理如图 3.2 所示(图中 V1G即为 IGBT管,下图同; V1S
18、为欢迎下载精品学习资源光耦 IS01 ).欢迎下载精品学习资源(1). 正常开通过程图 3.2 EXB 841 地工作原理图欢迎下载精品学习资源当 EXB 841输入端脚 14 和脚 15 有 10mA地电流流过时,光耦IS01 导通, A点电位快速下降至 0V, V1和 V2 截止; V2 截止使 D点电位上升至 20V,V4 导通, V5 截止, EXB 841通过 V4 及栅极电阻 Rg向 IGBT供应电流使之快速导通 .(2). 正常关断过程掌握电路使 EXB 841输入端脚 14 和脚 15 无电流流过,光耦 IS01 不通, A 点电位上升使 V1和 V2导通; V2 导通使 V4
19、 截止、 V5导通, IGBT栅极电荷通过V5 快速放电,使 EXB 841 地脚 3 电位快速下降至 0V(相对 EXB 841 脚 1 低5V),使 IGBT牢靠关断 .(3). 爱护动作IGBT已正常导通,就 V1 和 V2 截止, V4导通, V5 截止, B点和 C点电位稳固在 8V 左右, VZ1不被击穿, V3截止, E 点电位保持为 20V,二极管 VD6截止. 如此时发生短路, IGBT承担大电流而退饱和, uce 上升很多,二极管 VD7截止, 就 EXB 841地脚 6“悬空”, B点和 C点电位开头由 8V 上升;当上升至 13V 时,欢迎下载精品学习资源Vz1 被击穿
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- 2022 基于 集成 驱动 电路 IGBT 电路设计
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