絕緣柵場效應(yīng)晶體管(IGBT)作為一種復(fù)合型器件,集成了MOSFET的電壓驅(qū)動和高開關(guān)頻率及功率管低損耗、大功率的特點,在電機控制、開關(guān)電源、變流裝置及許多要求快速、低損耗的領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本文對應(yīng)用于有源電力濾波器的IGBT的特性及其專有EXB84l型驅(qū)動器的設(shè)計進行討論,并提出一種具有完善保護功能的驅(qū)動電路。

　　有源電力濾波器設(shè)計中應(yīng)用4個IGBT作為開關(guān),并用4個EXB84l組成驅(qū)動電路,其原理如圖l所示。在實驗中,根據(jù)補償電流與指令電流的關(guān)系,用數(shù)字信號處理器(DSP)控制PWM引腳的高低電平,并由驅(qū)動電路控制IGBT的通斷。驅(qū)動電路同時對過流故障進行監(jiān)測,由DSP采取封鎖控制信號、停機等處理。

　　

 

　　2 驅(qū)動電路的設(shè)計

　　2.1 驅(qū)動電路電源

　　驅(qū)動電路需要4路相互隔離的直流電源為4路IGBT驅(qū)動電路供電,用220V/22V變壓器對4路交流電源分別整流,用電容器和78L24型電壓調(diào)整器穩(wěn)壓后輸出4路24V直流電壓,如圖2所示。

　　

 

　　2.2 柵極電壓

　　IGBT通常采用柵極電壓驅(qū)動,它對柵極驅(qū)動電路有著特殊的要求。柵極驅(qū)動電壓脈沖的上升率和下降率要足夠大,導(dǎo)通時,前沿很陡的柵極電壓UGE可以使IGBT快速導(dǎo)通,并減小導(dǎo)通損耗,關(guān)斷時,其柵極驅(qū)動電路要給IGBT提供一個下降很陡的關(guān)斷電壓,并在柵極和發(fā)射極之間施加一個適當?shù)姆聪蜇撈珘?以便使IGBT快速關(guān)斷,并減小關(guān)斷損耗。IGBT導(dǎo)通后,柵極的驅(qū)動電壓和電流要有足夠的寬度,以保證IGBT在瞬時過載時未退出飽和區(qū)受到損壞。柵極驅(qū)動電壓推薦值為15 V±1.5 V,這個電壓值使IGBT完全飽和導(dǎo)通,并使通態(tài)損耗減至最小。施加關(guān)斷負偏壓可以抑制C-E間出現(xiàn)du/dt時IGBT的誤導(dǎo)通,也可以減少關(guān)斷損耗。

　　2.3 門極電阻R1

　　門極電阻R1的選取對通態(tài)電壓、開關(guān)時間、開關(guān)損耗及承受短路的能力都有不同程度的影響。當門極電阻增大時,IGBT的開通和關(guān)斷時間增加,從而使導(dǎo)通和關(guān)斷損耗增加。當門極電阻減小時,則會導(dǎo)致di/dt增加,從而引起IGBT的誤導(dǎo)通。所以應(yīng)根據(jù)IGBT的電流容量和電壓額定值以及開關(guān)頻率的不同選擇R1的阻值。

　　Rl的值可以用下式計算：

　　IC為IGBT的集電極電流。如圖3所示,一般R1取十幾歐姆到幾十歐姆,R2為30 Ω。由于IGBT是壓控器件,當集-射極間加高壓時,很容易受外界干擾,而使柵-射極間電壓超過一定值,引起器件誤導(dǎo)通,為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生,在柵-射極間并聯(lián)一電阻器R6可起到一定作用。一般R6阻值是R2阻值的l 000~5 000倍,而且應(yīng)將它并聯(lián)在柵-射極最近處。電路中的電容器Cl和C2用來抑制因電源接線阻抗引起的供電電壓變化,而不是用于電源濾波。

　　2.4 EXB841驅(qū)動環(huán)節(jié)

　　筆者在實驗中采用的是EXB841型專用IGBT驅(qū)動模塊,其最高運行頻率為40 kHz,輸入信號經(jīng)內(nèi)部光耦隔離,光隔驅(qū)動電流為10 mA,最大延時約為1 μs。工作溫度范圍為-10℃~+85℃,供電電壓為+20 V～+25 V。筆者對EXB841功能進行了擴展,圖3為驅(qū)動環(huán)節(jié)電路。