驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu) - IGBT構(gòu)成的交流傳動(dòng)逆變器的設(shè)計(jì)

　　要保證IGBT工作可靠，其驅(qū)動(dòng)電路起著至關(guān)重要的作用。

　　3.1 IGBT驅(qū)動(dòng)電路要求

　　IGBT驅(qū)動(dòng)電路的基本要求主要有以下幾點(diǎn)：

　　(1)驅(qū)動(dòng)電路必須十分可靠，要保證為IGBT的柵極電容提供一個(gè)低阻抗的充放電回路;

　　(2)在滿足開關(guān)特性和功耗允許的情況下，門極電阻可以適當(dāng)增大，用于限制瞬時(shí)壓降尖峰;

　　(3)驅(qū)動(dòng)電路能夠傳遞kHz級(jí)的高頻脈沖信號(hào);

　　(4)IGBT門極與發(fā)射極電壓極限壓降為±20V。通常選用正向驅(qū)動(dòng)電壓為+15 V，反向驅(qū)動(dòng)電壓為-8V。

　　3.2 M57959L構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路

　　根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)原則，按照不同要求可以設(shè)計(jì)出多種形式的驅(qū)動(dòng)電路。常用的驅(qū)動(dòng)電路有分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路和專用集成驅(qū)動(dòng)電路。相對(duì)于分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，專用集成驅(qū)動(dòng)電路抗干擾能力強(qiáng)、集成化程度高、速度快、保護(hù)功能完善，可實(shí)現(xiàn)IGBT的最佳驅(qū)動(dòng)。

　　M57959L是日本三菱公司生產(chǎn)的混合集成IGBT驅(qū)動(dòng)器，其內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)如圖4所示。它由高速光電隔離輸入，絕緣強(qiáng)度高，可與TTL電平兼容。內(nèi)藏定時(shí)邏輯短路保護(hù)電路，并具有保護(hù)延時(shí)特性。芯片由正負(fù)電源供電，克服了單電源供電時(shí)負(fù)電壓不穩(wěn)的缺點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率大，可驅(qū)動(dòng)200A/600V或100A/1200V的IGBT模塊。由M57959L構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

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　　使用時(shí)應(yīng)注意柵極電阻的取值。柵極電阻Rext的取值能夠影響振蕩的抑制效果、減緩開關(guān)開通時(shí)的di/dt、改善電流上沖波形、減小浪涌電壓。從安全角度考慮，Rext應(yīng)取較大值，但是較大的Rext影響開關(guān)速度，增加開關(guān)損耗;從提高工作頻率出發(fā)，應(yīng)取較小值。在滿足開關(guān)頻率的情況下，應(yīng)取較大的Rext。

　　4 主電路安裝與布局

　　由于IGBT開關(guān)頻率非?？?，同時(shí)功率也很高，由IGBT構(gòu)成的逆變器會(huì)對(duì)其他部件產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。這些干擾不僅影響電路的正常工作，甚至有可能會(huì)使逆變器因?yàn)樗矔r(shí)短路而損壞。因此，應(yīng)對(duì)電磁干擾給予足夠的重視，而合理的安裝與布局能夠減少電磁干擾。

　　常見的干擾及相應(yīng)的措施有：

　　(1)隔離供電抑制IGBT開關(guān)干擾由于供電變壓器的分布電容和耦合電感的影響，當(dāng)其中一個(gè)IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)尖峰脈沖會(huì)通過分布電容(電感)干擾其它IGBT的正常工作。因此，全橋逆變器的每一個(gè)觸發(fā)電路必須隔離供電來抑制這種干擾。

　　(2)由于逆變器的平均工作電流和瞬時(shí)峰值電流很大，逆變電路中的漏電感，甚至很小的引線電感也不能忽略。如果不仔細(xì)設(shè)計(jì)PCB的布局，這些磁通會(huì)穿過閉合的PCB導(dǎo)線而形成電流。為此，可采取以下措施抑制干擾：

　　a，每一個(gè)IGBT的觸發(fā)電路元件應(yīng)集中在一個(gè)狹窄的區(qū)域，避免互相交叉;

　　b，同一相位的觸發(fā)電路應(yīng)相鄰，而兩組之間距離應(yīng)相對(duì)較遠(yuǎn);

　　c，PCB與IGBT之間的引線應(yīng)盡可能短并互相絞合。

　　5 IGBT電壓電流參數(shù)選取

　　在保護(hù)吸收電路中，當(dāng)T1導(dǎo)通，T2截止時(shí)，T2承受的電壓Uce2為：

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　　考慮電網(wǎng)波動(dòng)為+/-10%，T2成熟的電壓為Uce2為：

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　　再考慮到電路中開通關(guān)斷瞬時(shí)電壓，及IGBT模塊承受電壓應(yīng)留有50%～80%的裕量，其所選模塊電壓BVce應(yīng)為：

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　　考慮電網(wǎng)的波動(dòng)、啟動(dòng)時(shí)電流尖峰的影響，選擇的IGBT模塊Icm為：

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　　其中，Pn為逆變器輸出功率。δ為脈沖占空比，η為逆變器效率。

　　6 結(jié)束語

　　本文主要介紹了IGBT構(gòu)成的電機(jī)傳動(dòng)用逆變器的主電路組成及IGBT參數(shù)選擇，驅(qū)動(dòng)電路、緩沖吸收電路的組成及參數(shù)選擇以及主電路安裝和布局應(yīng)注意的問題，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的逆變器設(shè)計(jì)有一定價(jià)值。