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快乐飞艇技巧玩法 IGBT串联功率端和栅极驱动端的电压均衡电路

作者:海飞乐技术 时间:2018-10-15 17:26

  IGBT器件串联工作时,在其切换状态改变的瞬间,由于自身参数的不一致,串联回路杂散电感不同,驱动信号延时等原因,会出现串联连接的IGBT器件两端的电压不均衡,称为动态电压不均衡。当串联IGBT器件稳定工作时的电压不均衡成为静态不均衡。造成IGBT器件串联失衡的原因有很多,其中最主要的是器件自身参数不同和外围电路不一致。即使是同一批生产的IGBT,其寄生电容、寄生电感也会有一定程度的区别。串联IGBT器件的驱动信号不同步,到达IGBT栅极有延时,则IGBT器件不同时开通,后开通的则瞬间承受较高的电压。栅极电阻的不同也会带来影响,栅极电阻。???藕盼?ぜ?淙氲缛莩涞缢俣瓤,IGBT导通速度快。
 
  IGBT串联的静态均压实现较为简单方便,可以在IGBT器件两端并联一个阻值约为阻断电阻十分之一的电阻。动态均压较为困难,由于IGBT切换时间为几十纳秒,对驱动信号的同步性和均压电路要求较高,下面主要针对动态均压电路进行介绍。
 
  1. 功率端的电压均衡电路
  功率端均压电路是应用最广泛的串联均压电路。通过电阻、二极管、电容等元件的组合,构成缓冲电路,是目前应用较多的均压电路,但其在高电压应用中会造成很大的损耗。下面介绍几种常用的功率端电压均衡电路。
 
  (1)无源缓冲电路
  图1所示RCD缓冲电路为应用较广的IGBT串联动态均压电路,在关断时,主要通过并联电容吸收先关断IGBT的电流,使各串联IGBT两端电压缓慢同步上升,进而使串联模块达到电压均衡目的。

RCD缓冲电路图 
图1  RCD缓冲电路图
 
  图2所示为高压桥臂串联原理图,由多个容性母板叠加而成,与IGBT的两个电极逐极相连,等效为在IGBT集电极与发射极两端并联电容。在工作过程中,通过容性母板吸收电压尖峰,同时还可以起到滤波的作用,保证了系统的安全可靠。
高压桥臂串联原理图
图2 高压桥臂串联原理图
 
  (2)负载端钳位电路
  通过钳位电路可以把每个开关上的电压限定在设计值。送种均压电路不适宜应用在IGBT导通时间过长的电路中,会带来校大的损耗,但负载端钳位均压电路不会影响开关的导通速度。图3所示为IGBT自动均压串联桥臂原理图,该电路不但可以吸收关断时的瞬间高压,还可以对反充电压吸收处理。图4为IGBT有源串联均压电路原理图,将有源吸收模块并联在IGBT器件两端,均压电路简单可靠,且损耗低,缺点是增大了均压电路的体积。图5所示为复位RCD钳位电路原理图,电路主要由电阻、电容、二极管和电感组成,简单可靠,不但可以吸收过压,而且损耗小。
自动均压串联桥臂原理图 
图3 自动均压串联桥臂原理图       图4 有源串联均压电路
负载端复位RCD钳位电路原理图 
图5 负载端复位RCD钳位电路原理图
 
  2. 栅极驱动端的电压均衡电路
  (1)调整栅极驱动信号
  调整栅极驱动信号的延迟,使IGBT器件接近同时开通,同时关断,来控制IGBT器件切换瞬间的电压,使其达到平衡。图6所示为栅极变压器耦合均压电路原理图。当某一路驱动信号延迟时,通过耦合变压器,使驱动电流一致,确保IGBT同时开通,实现动态均压功能。该均压电路对由于IGBT器件自身参数不同引起的电压不均衡效果不明显,且变压器设计过程较为麻烦,故其应用有很多限制。
栅极变压器锅合均压电路原理图 
图6 栅极变压器锅合均压电路原理图
 
  (2)钮位电路电路原理图如图7所示,由电阻、二极管和电容组成有源钳位电路。该电路不但可以通过串联电阻实现静态均压,还可以通过电容实现动态均压,电路简单可靠。由于电容的存在,电路关断速度慢,损耗较大。
栅极端阻容二极管钳位电路原理图 
图7 栅极端阻容二极管钳位电路原理图
 
  图8所示为齐纳二极管钳位均压电路原理图。该电路通过串联齐纳二极管,将IGBT两端电压钳位在特定值。当某个IGBT首先开通时,其他IGBT两端将承受过高的电压,此时齐纳二极管瞬间击穿,附加信号会加快IGBT导通过程,达到动态均压的目的。由于电路中电容的作用,影响IGBT器件的导通速度,同时齐纳二极管击穿瞬间,将产生较大的损耗。
 
  图9所示为齐纳二极管、电容钳位均压电路原理图。该电路在齐纳二极管钳位均压电路的基础上增加了电阻和电容,增强了均压效果,但由于引入电容,使IGBT导通速度减缓。
齐纳二极管钳位均压电路 
      图8 齐纳二极管钳位均压电路   图9齐纳二极管、电容钳位电压电路
 
  综上所述,在设计IGBT串联均压电路时应当注意以下几点;在选择IGBT器件时,选择同一厂家,同一批次的晶圆切割后封装的器件;综合考虑均压效果,电路损耗和IGBT导通速度等因素设计均压电路;同时要兼顾系统的结构简单,稳定性高,成本低廉等。




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