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功率设计

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基于2SC0108T的即插即用型IGBT驱动器

导读: 针对IGBT 驱动电路复杂且保护功能不尽完善的问题,设计了一个基于2SC0108T的即插即用型IGBT驱动器,以及相应的前级驱动电路、 后级功率驱动电路和故障报警电路。该驱动器具有直接模式和半桥模式、驱动信号硬件互锁、硬件死区时间可调节、IGBT过流及短路保护等特点。

  摘要:针对IGBT 驱动电路复杂且保护功能不尽完善的问题,设计了一个基于2SC0108T的即插即用型IGBT驱动器,以及相应的前级驱动电路、 后级功率驱动电路和故障报警电路。该驱动器具有直接模式和半桥模式、驱动信号硬件互锁、硬件死区时间可调节、IGBT过流及短路保护、驱动电源过欠压监控和易于安装的特点。结合英飞凌EconoDUAL3封装IGBT模块,完成了即插即用型IGBT驱动器的硬件设计及调试,有效减小了双绞线传输方式寄生电容及寄生电感的影响。

  IGBT具有耐压高、电流大、开关速度高和低饱和压降等优良特点,在牵引电传动、电能传输与变换、有源滤波等电力电子领域得到了广泛的应用。

  IGBT模块的保护主要由IGBT驱动器来完成。驱动器是功率主电路与控制电路之间的接口,在充分发挥IGBT的性能、提高系统可靠性等方面发挥着重要作用。高性能的驱动器可使IGBT工作在比较理想的开关状态,如开关延时小、开关损耗低等。本文提出的驱动器设计采用瑞士CONCEPT公司最新推出的2SC0108T模块作为核心部件,设计了前级驱动电路、硬件死区电路、后级功率驱动电路、故障信号调理电路,试验结果证明该驱动器具有良好的驱动及保护能力。

 

  1 2SC0108T简介

 

  2SC0108T是一款高集成度低成本的超小型SCALE-2双通道驱动器。接口兼容3.3 V~15 V逻辑电平信号,栅极驱动电压为+15 V/-8 V,驱动电流为8 A,单通道输出功率为1 W,可以驱动600 A/1 200 V或 450 A/1 700 V的常规IGBT模块或并联IGBT模块,支持3级或多级拓扑。具有短路保护、过流保护和电源电压监控等功能。延迟时间为80 ns±4 ns,抖动时间为± 2ns。

  为了使2SC0108T在主回路中的性能达到最优,必须设计相应的外围硬件电路,如驱动信号调理电路、IGBT功率驱动电路和故障信号调理电路,并集成到IGBT驱动器中。由于IGBT驱动信号频率较高,容易对其他模拟信号和数字信号造成干扰,而且,驱动信号线寄生电容和寄生电感对驱动器的性能、可靠性有重要影响,因此,传统的安装模式为驱动器和IGBT模块独立安装,通过双绞线连接以减少寄生电容、寄生电感的影响。本文从减小信号线寄生电容、寄生电感和电磁干扰(EMI)方面考虑,设计了一个直接安装于IGBT模块上的即插即用型IGBT驱动器。

  2SC0108T内部结构图如图1所示,主要由三个功能模块构成,即逻辑驱动转化接口LDI(Logic-to-Driver Interface)、电气隔离模块和智能栅极驱动IGD(Intelligent Gate Driver)。

 

  

  图1 2SC0108T内部结构图

 

  第一个功能模块是由辅助电源和信号输入两部分组成。其中信号输入部分主要将控制器的PWM信号进行整形放大,并根据需要进行控制,之后传递到信号变压器,同时检测从信号变压器返回的故障信号,将故障信号处理后发送到故障输出端;辅助电源的功能是将输入的直流电压经过单端反激式变换电路,转换成两路隔离电源供给输出驱动放大器使用。

  第二个功能模块是电气隔离模块,由两个传递信号的脉冲变压器和传递功率的电源变压器组成。防止功率驱动电路中大电流、高电压对一次侧信号的干扰。

  第三个功能模块是驱动信号输出模块,IGD主要对信号变压器的信号进行解调和放大,对IGBT的短路和过流进行检测,并进行故障存储和短路保护。

 

  2 IGBT驱动器设计

 

  本文设计的IGBT驱动器主要由2SC0108T模块、前级驱动电路、后级功率驱动电路、故障信号调理电路构成,驱动器功能框图如图2所示。

 

  

  图2 驱动器功能框图

 

  由控制器产生的驱动信号A和B,经过前级驱动电路调理后,分别送入2SC0108T驱动信号端INA和INB,INA和INB分别控制IGBT模块的上桥臂和下桥臂。故障报警信号经信号调理电路输出。由于需要检测IGBT的过流、短路、二次侧电压等故障状态,以增强驱动信号的触发能力并改善IGBT的开关特性,设计了后级功率驱动电路。

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