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產(chǎn)品簡介
詳細(xì)介紹
科士達(dá)蓄電池6-FM-65 12V65AH參數(shù)尺寸型號(hào)
科士達(dá)蓄電池6-FM-65 12V65AH參數(shù)尺寸型號(hào)
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本文通過分析IGBT功率器件的特性,、對(duì)可靠性驅(qū)動(dòng)的要求以及幾種常用IGBT驅(qū)動(dòng)電路的先容,，給出了單電源供電的IGBT驅(qū)動(dòng)方案。該方案已在25T型車,、25G型車35KVA逆變器的驅(qū)動(dòng)電路中得到應(yīng)用,，并取得了很好的效果；同時(shí),此種電路也成功應(yīng)用于青躲鐵路輔助電源系統(tǒng)的55KVA三相逆變器,。隨著IGBT的廣泛使用,，這一方案將具有很好的鑒戒意義及應(yīng)用遠(yuǎn)景。
關(guān)鍵詞：IGBT,，驅(qū)動(dòng)電路,，逆變器，輔助電源
0．引言
由于ＩＧＢＴ是一種電壓控制型功率器件,，它所需驅(qū)動(dòng)功率小,，控制電路簡單，導(dǎo)通壓降低,，且具有較大的安全工作區(qū)和短路承受能力,。因此，目前ＩＧＢＴ已在中功率以上的電力電子系統(tǒng)中（如逆變器,、變頻器,、ＵＰＳ電源）逐漸取代了ＭＯＳＦＥＴ及ＢＪＴ而成為功率開關(guān)元件市場中的重要一員。然而如何有效地驅(qū)動(dòng)并保護(hù)ＩＧＢＴ則成為目前電力電子領(lǐng)域中的重要研究課題之一,。在鐵路客運(yùn)系統(tǒng)中,，隨著電氣化列車的普及，進(jìn)步列車舒適度,，設(shè)計(jì)高效的IGBT驅(qū)動(dòng)電路也成為列車輔助電源設(shè)計(jì)者的重要研究對(duì)象,。一個(gè)具有保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)電路不但能在正常工作狀態(tài)下給ＩＧＢＴ提供所需的驅(qū)動(dòng)功率，在異常工作狀態(tài)下能起保護(hù)ＩＧＢＴ的作用,，而且應(yīng)當(dāng)能使電力電子系統(tǒng)中的ＩＧＢＴ有很好的替換特性,。因此高性能的驅(qū)動(dòng)電路是進(jìn)步電子產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性，從而增強(qiáng)其競爭力的關(guān)鍵之一,。本文根據(jù)實(shí)際的使用經(jīng)驗(yàn)著重先容了應(yīng)用于電氣化列車輔助電源中的一種單電源IGBT的驅(qū)動(dòng)電路,。
1．驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和任務(wù)
驅(qū)動(dòng)電路就是將信息電子電路傳來的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào),。
開關(guān)型功率器件的驅(qū)動(dòng)分為兩種形式：一是電流型驅(qū)動(dòng),如GTR ,；二是電壓型驅(qū)動(dòng)，如功率MOSFET,、IGBT,。無論是哪種驅(qū)動(dòng)電路，在設(shè)計(jì)時(shí)都必須考慮以下兩點(diǎn)：*化驅(qū)動(dòng)特性和自動(dòng)快速保護(hù),。所謂*化特性就是以理想的控制極驅(qū)動(dòng)電流(或電壓,、或兩者兼有) 往控制功率器件的開關(guān)過程，以進(jìn)步開關(guān)速度,、減小開關(guān)損耗,；自動(dòng)快速保護(hù)則是在驅(qū)動(dòng)電路故障狀態(tài)下快速自動(dòng)地切斷控制極信號(hào)，避免功率管遭到損壞,，在主回路故障狀態(tài)時(shí)能及時(shí)自動(dòng)切斷與主回路的的能力,。本文先容的為電壓型IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
IGBT是將MOSFET的高速易驅(qū)動(dòng),，安全工作區(qū)寬同雙極性器件低飽和壓降結(jié)合的產(chǎn)物,。它具有以下特點(diǎn)：高的輸進(jìn)阻抗，使之可采用通用低本錢的驅(qū)動(dòng)線路,；高速開關(guān)特性,；導(dǎo)通狀態(tài)的損耗低。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí),，主要考慮以下的參數(shù)：IGBT的額定值,；短路電流特性；感性負(fù)載的關(guān)斷特性,；zui大柵極發(fā)射極電壓,；柵極輸進(jìn)電容；安全工作區(qū)特性,。
單電源供電IGBT驅(qū)動(dòng)電路鐵路輔助電源系統(tǒng)
2．驅(qū)動(dòng)電路的分類
驅(qū)動(dòng)電路作為逆變電路的一部分,，對(duì)逆變器和變頻器的三相或單相輸出有著巨大的影響,。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)常用的一般有這樣幾種方式：
(1) 分立插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路
分立插腳式元件組成的驅(qū)動(dòng)電路在80年代的日本和中國臺(tái)灣變頻器上被廣泛使用，主要包括日本(富士：G2,，G5,。三肯：SVS，SVF,，MF.,，春日，三菱Z系列K系列等)中國臺(tái)灣(歐林,，普傳,，臺(tái)安。)等一系列逆變器和變頻器,。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展及貼片工藝的出現(xiàn),，這類設(shè)計(jì)電路復(fù)雜，集成化程度低的驅(qū)動(dòng)電路已逐漸被淘汰,。
(2) 光耦驅(qū)動(dòng)電路
光耦驅(qū)動(dòng)電路是現(xiàn)代逆變器和變頻器設(shè)計(jì)時(shí)被廣泛采用的一種驅(qū)動(dòng)電路,，由于線路簡單，可靠性高,，開關(guān)性能好,，被歐美及日本的多家逆變器和變頻器廠商采用。由于驅(qū)動(dòng)光耦的型號(hào)很多,，所以選用的余地也很大,。驅(qū)動(dòng)光耦選用較多的主要由東芝的TLP系列，夏普的PC系列,惠普的HCPL系列等,。本設(shè)計(jì)即為HCPL系列光耦驅(qū)動(dòng)電路,。
(3) 厚膜驅(qū)動(dòng)電路
厚膜驅(qū)動(dòng)電路是在阻容元件和半導(dǎo)體技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種混合集成電路。它是利用厚膜技術(shù)在陶瓷基片上制作模式元件和連接導(dǎo)線,，將驅(qū)動(dòng)電路的各元件集成在一塊陶瓷基片上,，使之成為一個(gè)整體部件。使用驅(qū)動(dòng)厚膜對(duì)于設(shè)計(jì)布線帶來了很大的方便,進(jìn)步了整機(jī)的可靠性和批量生產(chǎn)的*性,，同時(shí)也加強(qiáng)了技術(shù)的保密性?，F(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)厚膜往往也集成了很多保護(hù)電路，檢測電路,。應(yīng)該說驅(qū)動(dòng)厚膜的技術(shù)含量也越來越高,。
(4) 集成塊驅(qū)動(dòng)電路
現(xiàn)在還出現(xiàn)了的集成塊驅(qū)動(dòng)電路，主要由IR的IR2111,，IR2112,，IR2113等，其它還有三菱的EXB系列驅(qū)動(dòng)電路。三菱的M57956,，M57959等驅(qū)動(dòng)電路,。
3．一種基于單電源供電的光耦驅(qū)動(dòng)電路
在我公司為青躲鐵路所做的電源產(chǎn)品中，其中有大功率的逆變器（55KVA）,，
由電力機(jī)車或發(fā)電車為各節(jié)車廂的逆變器提供DC600V輸進(jìn),，然后由逆變器輸出三相AC380V,，為車上的空調(diào)和制氧機(jī)等設(shè)備供電,。逆變器驅(qū)動(dòng)電路所使用的光耦為HCPL316。 HCPL316是由惠普公司生產(chǎn)的一種IGBT門極驅(qū)動(dòng)光耦合器,，其內(nèi)部集成集電極發(fā)射極電壓欠飽和檢測電路及故障狀態(tài)反饋電路,。主要有以下一些特性：兼容CMOS/TTL電平；光隔離,，故障狀態(tài)反饋,；開關(guān)速度zui大500ns；“軟”IGBT關(guān)斷,；VCE欠飽和檢測及帶滯環(huán)欠壓鎖定保護(hù),；寬工作電壓范圍（15～30V）。IGBT用的是西門子公司的BSM300GA120DN2,，耐壓等級(jí)為1200V,，300A單管，共六個(gè)IGBT,，使用單模塊的目的是為有效散熱,；而驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)通常作為驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，如國內(nèi)很多廠家經(jīng)常使用的M57959和M57962芯片,，在三相逆變控制中,，要設(shè)計(jì)多路相互隔離的驅(qū)動(dòng)電源，如多路+15V和多路-10V等,。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電源的高要求也是整個(gè)產(chǎn)品可靠性的根本保證,。而如何設(shè)計(jì)簡單可靠的驅(qū)動(dòng)電源也就成為設(shè)計(jì)職員想方想法往解決的題目。在青躲鐵路的輔助電源系統(tǒng)中,，就采用了單電源供電的可靠性高的驅(qū)動(dòng)電路,，見下圖。
圖1上管IGBT驅(qū)動(dòng)電路
圖1為上管IGBT驅(qū)動(dòng)電路,，其中由控制器產(chǎn)生PWM1及RESET信號(hào)輸出給光耦,，同時(shí)光耦產(chǎn)生的IGBT故障信號(hào)FAIL_DR給控制器；TL1111芯片把輸進(jìn)的+15變換成-10V關(guān)斷電壓,；同時(shí)利用二極管D101使的上管三路驅(qū)動(dòng)+15V和其它路相互隔離,；圖2為下管IGBT驅(qū)動(dòng)電路，下管的驅(qū)動(dòng)電源無須隔離，從而使得單電源供電成為可能,，簡化了驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì),。對(duì)比上管驅(qū)動(dòng)電路和下管驅(qū)動(dòng)電路的區(qū)別，除了上管有二極管下管沒有以外,，還有就是+15V的地接在下管的EM_2而上管沒有,。可以看到,，當(dāng)下管的IGBT導(dǎo)通時(shí),，+15V的地通過下管的IGBT和上管的EM1相通，此時(shí)電解電容C104處于充電狀態(tài),，當(dāng)下管關(guān)斷時(shí),，通過C104放電來驅(qū)動(dòng)上管IGBT導(dǎo)通。同時(shí)通過HCPL316故障檢測功能在IGBT過壓,、過流及短路的情況下很好的保護(hù)IGBT,。
圖2下管IGBT驅(qū)動(dòng)電路
在運(yùn)行及試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一些題目及改進(jìn)措施
此方案已成功應(yīng)用于25T和25G型電氣化列車逆變器上，性能可靠,，運(yùn)行穩(wěn)定,。但是在為青躲鐵路的列車提供電源產(chǎn)品中逆變器在試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了題目。由于工作溫度范圍要求為-40℃～50℃,，在做低溫試驗(yàn)時(shí)（-40℃）,，逆變器出現(xiàn)帶載(制氧機(jī))波形畸變，電機(jī)運(yùn)行時(shí)抖動(dòng)比較利害,，聲音異常,。通過電流鉗直觀地發(fā)現(xiàn)三相輸出電流不平衡，用示波器仔細(xì)觀察電流和電壓波形發(fā)現(xiàn)波形出現(xiàn)畸變,。經(jīng)過分析開始以為可能是驅(qū)動(dòng)電源在低溫下輸出功率下降引起,，后使用外接電源板故障依然沒有解決，才發(fā)現(xiàn)并不是驅(qū)動(dòng)電源負(fù)載能力不夠或波動(dòng)引起的,。后通過在低溫下丈量驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)現(xiàn),，當(dāng)?shù)蜏貢r(shí)，逆變器上管三路驅(qū)動(dòng)信號(hào)如下圖4,，而下管三路驅(qū)動(dòng)信號(hào)如下圖3,。
經(jīng)丈量和分析以上驅(qū)動(dòng)波形發(fā)現(xiàn)：在低溫時(shí)三路上管IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)不正常，但分析以為這種驅(qū)動(dòng)信號(hào)不正常的情況是有驅(qū)動(dòng)電源不正常引起的,。在排除驅(qū)動(dòng)電源有題目的情況下,，仔細(xì)研究以上給出的驅(qū)動(dòng)電路和反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下管導(dǎo)通時(shí)+15V給C104充電,，而當(dāng)下管關(guān)斷時(shí),，C104放電驅(qū)動(dòng)上管,，但是當(dāng)溫度很低時(shí)（-40℃），電解電容C104容量下降,，儲(chǔ)能降低,，不能有地的驅(qū)動(dòng)上管導(dǎo)通，所以在低溫運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)如上圖4所示波形,，不能有效驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通,，從而影響產(chǎn)品的正常運(yùn)行。后把電解電容C104改為低溫特性比較好的鉭電容后,，驅(qū)動(dòng)信號(hào)正常,，在低溫情況下逆變器也能夠正常運(yùn)行，從而有力保證了項(xiàng)目的正常進(jìn)行,。
5．結(jié)束語
驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是逆變電源設(shè)計(jì)的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié),，?？赐ㄟ^以上的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),，能夠?yàn)橥性谠O(shè)計(jì)同類產(chǎn)品時(shí)提供一點(diǎn)鑒戒和參考。