IGBT在应用中要解决的主要问题就是如何在过流、短路和过压的情况下对IGBT实行比较完善的保护。过流故障一般需要稍长的时间才使电源过热,因此对它的保护都由主控制板来解决。过压一般发生在IGBT关断时,较大的di/dt在寄生电感上产生了较高的电压,这需要用缓冲电路来钳制,或者适当降低关断的速率。短路故障发生后瞬时就会产生极大的电流,很快就会损坏IGBT,主控制板的过流保护根本来不及,必须由驱动电路或驱动器立刻加以保护。
因此驱动器的短路保护功能设计的是否完善,对电源的安全运行至关重要。拿到一个驱动电路,使用前先测试一下它的短路保护功能是否完善,是很有必要的。本文介绍两种测试方法。
1、第一种测试方法
过流动作阈值设置电阻Rn的选取,请根据所试驱动器说明中的关于Rn的说明和所试验IGBT的正向伏安特性曲线选取合适的阻值。
在单管电路的开关电源中,接入适当的Creset后,可以省去通常的短路信号反馈光耦,仅靠落木源驱动器自身就能保证IGBT的安全运行,这也是落木源产品的特点之一。
2、第二种测试方法
与第一种方法类似,只是不让IGBT始终保持短路,用手工来短路A、B两点。这种短路试验比第一种更严酷,对驱动器的要求也更高,因为手工短路,不可能一下接实,实际是一连串的通断过程。落木源的驱动器可以保证您的IGBT的安全。
注意:实验时一定注意人身安全,最好在工频输入处加一个隔离变压器。
选取方法
一、栅极电阻Rg的作用
1、消除栅极振荡
绝缘栅器件(IGBT、MOSFET)的栅射(或栅源)极之间是容性结构,栅极回路的寄生电感又是不可避免的,如果没有栅极电阻,那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡,因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。
2、转移驱动器的功率损耗
电容电感都是无功元件,如果没有栅极电阻,驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上,使其温度上升很多。
3、调节功率开关器件的通断速度
栅极电阻小,开关器件通断快,开关损耗小;反之则慢,同时开关损耗大。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高,从而产生较大的干扰,严重的将使整个装置无法工作,因此必须统筹兼顾。
二、栅极电阻的选取
1、栅极电阻阻值的确定
各种不同的考虑下,栅极电阻的选取会有很大的差异。初试可如下选取:
IGBT额定电流(A) |
50 |
100 |
200 |
300 |
600 |
800 |
1000 |
1500 |
Rg阻值范围(Ω) |
10~20 |
5.6~10 |
3.9~7.5 |
3~5.6 |
1.6~3 |
1.3~2.2 |
1~2 |
0.8~1.5 |
不同品牌的IGBT模块可能有各自的特定要求,可在其参数手册的推荐值附近调试。
2、栅极电阻功率的确定
栅极电阻的功率由IGBT栅极驱动的功率决定,一般来说栅极电阻的总功率应至少是栅极驱动功率的2倍。
IGBT栅极驱动功率 P=FUQ,其中:
F 为工作频率;
U 为驱动输出电压的峰峰值;
Q 为栅极电荷,可参考IGBT模块参数手册。
例如,常见IGBT驱动器(如TX-KA101)输出正电压15V,负电压-9V,则U=24V,
假设 F=10KHz,Q=2.8uC
可计算出 P=0.67w ,栅极电阻应选取2W电阻,最好是2个1W电阻并联。
三、设置栅极电阻的其他注意事项
1、尽量减小栅极回路的电感阻抗,具体的措施有:
a) 驱动器靠近IGBT减小引线长度;
b) 驱动的栅射极引线绞合,并且不要用过粗的线;
c) 线路板上的 2 根驱动线的距离尽量靠近;
d) 栅极电阻使用无感电阻;
e) 如果是有感电阻,可以用几个并联以减小电感。
2、IGBT 开通和关断选取不同的栅极电阻
通常为达到更好的驱动效果,IGBT开通和关断可以采取不同的驱动速度,分别选取 Rgon和Rgoff(也称 Rg+ 和 Rg- )往往是很必要的。
IGBT驱动器有些是开通和关断分别输出控制,如TX-KA101、TX-KA102等,只要分别接上Rgon和Rgoff就可以了。
有些驱动器只有一个输出端,如TX-K841L、TX-KA962F等,这就要在原来的Rg 上再并联一个电阻和二极管的串联网络,用以调节2个方向的驱动速度。
3、在IGBT的栅射极间接上Rge=10-100K 电阻,防止在未接驱动引线的情况下,偶然加主电高压,通过米勒电容烧毁IGBT。DA962Dx、DA102Dx等一些驱动板已经有Rge了,但考虑到上述因素,用户最好再在IGBT的栅射极或MOSFET栅源间加装Rge。