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快乐飞艇怎么充钱 应用IGBT的X射线发生控制器驱动电路设计

作者:海飞乐技术 时间:2018-03-04 15:14

  1. 引言
  IGBT是一种新型的大功率开关器件,是绝缘栅双极型大功率晶体管的简称。过去经常使用的大功率开关管有:大功率双极型晶体管(GTR)和大功率电力场效应管(MOSFET)。GTR主要缺点是开、关状态转换时间长、开关损耗大、工作频率低、热稳定性差、容易损坏;而MOSFET主要缺点是管子导通时,其通态压降比较大,造成管子功耗大。lGBT集GTR和MOSFET的优点于一身,既具有输入阻抗高、速度快、热稳定好和驱动电路简单的特点,又具有通态电压低、耐压高和电流大等特点,因而近年来随着成本的降低,lGBT在工业电气自动化控
制中得到了广泛的应用。在x射线机中使用IGBT斩波控制电路同可控斩波电路相比具有电路简单、工作可靠、体积小、重量轻等特点。
 
  2. 毫安检测和波形产生电路
  如图1所示,在射线管电流回路中串接一取样电阻,控制压控振荡器工作,使其在NE555的输出端(3脚)产生一个恒定1 ms脉宽,周期随管电流变化的方波作为IGBT的控制信号,控制IGBT进行斩波,以控制射线管电流的大小。此电路应用广泛,在许多资料里都有介绍,这里不再赘述。
 
  3. IGBT的驱动
  3.1 IGBT对栅极驱动电路的要求
  3.1.1栅极驱动电压
  驱动电路提供的正偏压+UGE使IGBT导通。增大正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利,但也会使IGBT承受短路电流的时间变短,续流二极管反向恢复过电压增大。因此正偏压要适当。通常为+15V。为了保证IGBT在C-E问出现dV/dt噪声时可靠关断,关断时必须在栅极施加负偏压,采用负偏压还可以减小关断损耗,负偏压取-9V左右为宜。
  3.1.2栅极串联电阻Rg
  IGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的,因此栅极电阻对IGBT的动态特性影响极大,减小Rg使开关时间和开关损耗减。?跣」囟鲜眃V/dt噪声带来误导通的可能性,提高IGBT的短路耐量,但会增加续流二极管反向恢复过电压,使EMl也增大。对于1200 V/150 A的IGBT,Rg取5Ω比较合适。
  3.1.3驱动电路的电源
  驱动电路的电源应稳定,能提供足够高的正负栅压,电源应有足够的功率,以满足栅极对驱动功率的要求。在本电路中,栅极驱动电路采用单独的绝缘电源。驱动电路的电源和控制电路的电源应相互独立,以减小相互间的干扰。

图1 应用IGBT的X射线发生器控制电路 
图1 应用IGBT的X射线发生器控制电路
 
  3.2 三菱驱动模块M57962L
  在X射线发生器控制电路中,使用了日本三菱公司生产的驱动模块M57962L。M57962L是N沟道大功率IGBT模块的驱动电路,能驱动600V/400A和1200V/400A的IGBT,它有以下几个特点:采用光耦实现电气隔离,光耦是快速型的,适合20 kHz左右的高频开关运行,光耦的原边已串联了约180Ω的限流电阻,可将5V的电压直接加到输入侧;采用双电源驱动技术,使输出负栅压比较高。电源电压的极限值为+18V/-15V,一般取+15V/-10V;信号传输延迟时间短,低电平-高电平的传输延迟时间以及高电平-低电平的传输延迟时间都在1.5μs以下;具有过流保护功能。M57962L通过检测IGBT的饱和压降来判断IGBT是否过流,一旦过流,M57962L将对IGBT实施软关断,并输出过流故障信号。
 
  4. IGBT的保护
  IGBT损坏的原因可以归结为以下3个方面:过热损坏,它又分为由于集电极电流过大引起的瞬时过热损坏和其它原因引起的持续过热损坏;集电极发射极间过压损坏;栅极过压损坏。
  在本电路中,采用日本三菱CM150DY-24H型号的IGBT,因驱动电压采用独立的电源,可不考虑因栅极过电压引起的损坏,因应用电流只有10A左右,也不考虑过流保护和过热保护,因此IGBT的保护主要从集电极发射极间过电压保护着手。
  IGBT的集电极发射极间产生过电压的类型一般有两类,即IGBT关断过电压和续流二极管反向恢复过电压。加装缓冲电路是抑制集电极、发射极间过电压的有效措施。缓冲电路之所以能减小IGBT集电极发射极间的过电压,是因为它给回路电感提供了泄能回路,降低了回路电感上电流的变化率。在此,加装了由R17,C10,D7组成的放电阻止型缓冲电路,在放电阻止型缓冲电路中,要选择高频特性好的无感电容器作为缓冲电容,要选择过渡正向电压低、反向恢复时间短、反向恢复特性软的二极管作为缓冲二极管,缓冲二极管的反向耐压及峰值正向电流要与IGBT的额定电压及额定电流相当。
 
  5. 结束语
  应用IGBT的X射线发生控制器电路,已成功地应用于X射线爬行器和各种探伤机中,应用可编程控制器(PLC)控制和采用大功率开关电源的X射线机也已通过运行实验,不久将投放市。?孀诺缱蛹际醯牟欢戏⒄,X射线机控制电路也将不断完善。




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