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IGBT高压大功率驱动和保护电路的应用研究

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  从图1可以看出，HCPL-316J可分为输入IC(左边)和输出IC(右边)二部分，输入和输出之间完全能满足高压大功率IGBT驱动的要求。插件电感器
  
  各引脚功能如下：
  脚1(VIN+)正向信号输入；
  脚2(VIN-)反向信号输入；
  脚3(VCG1)接输入电源；
  脚4(GND)输入端的地；
  脚5(RESERT)芯片复位输入端；
  脚6(FAULT) 故障输出，当发生故障(输出正向电压欠压或IGBT短路)时，通过光耦输出故障信号；
  脚7(VLED1+)光耦测试引脚，悬挂；
  脚8(VLED1-)接地；
  脚9，脚10(VEE)给IGBT提供反向偏置电压；
  脚11(VOUT)输出驱动信号以驱动IGBT；
  脚12(VC)三级达林顿管集电极电源；
  脚13(VCC2)驱动电压源；
  脚14(DESAT) IGBT短路电流检测；
  脚15(VLED2+)光耦测试引脚，悬挂；
  脚16(VE)输出基准地。
  
  其工作原理如图1所示。若VIN+正常输入，脚14没有过流信号，且VCC2-VE=12v即输出正向驱动电压正常，驱动信号输出高电平，故障信号和欠压信号输出低电平。首先3路信号共同输入到JP3，D点低电平，B点也为低电平，50×DMOS处于关断状态。此时JP1的输入的4个状态从上至下依次为低、高、低、低，A点高电平，驱动三级达林顿管导通，IGBT也随之开通。

  
  若IGBT出现过流信号(脚14检测到IGBT集电极上电压=7V)，而输入驱动信号继续加在脚1，欠压信号为低电平，B点输出低电平，三级达林顿管被关断，1×DMOS导通，IGBT栅射集之间的电压慢慢放掉，实现慢降栅压。当VOUT=2V时，即VOUT输出低电平，C点变为低电平，B点为高电平，50×DMOS导通，IGBT栅射集迅速放电。故障线上信号通过光耦，再经过RS触发器，Q输出高电平，使输入光耦被封锁。同理可以分析只欠压的情况和即欠压又过流的情况。
  
  3．2驱动电路设计
  驱动电路及参数如图3所示。

  

  　

  HCPL-316J左边的VIN+，FAULT和RESET分别与微机相连。R7，R8，R9，D5，D6和C12 起输入插件电感器保护作用，防止过高的输入电压损坏IGBT，但是保护电路会产生约1µs延时，在开关频率超过100kHz时不适合使用。Q3最主要起互锁作用，当两路PWM信号(同一桥臂)都为高电平时，Q3导通，把输入电平拉低，使输出端也为低电平。图3中的互锁信号Interlock，和Interlock2分别与另外一个316J Interlock2和Interlock1相连。R1电感器厂家和C2起到了对故障信号的放大和滤波，当有干扰信号后，能让微机正确接受信息。
  
  在输出端，R5和C7关系到I模压电感器GBT开通的快慢和开关损耗，增加C7可以明显地减小dic／dt。首先计算栅极电阻：其中ION为开通时注入IGBT的栅极电流。为使IGBT迅速开通，设计，IONMAX值为20A。输出低电平VOL=2v。可得

  

  
  C3是一个非常重要的参数，最主要起充电延时作用。当系统启动，芯片开始工作时，由于IGBT的集电极C端电压还远远大于7V，若没有C3，则会错误地发出短路故障信号，使输出直接关断。当芯片正常工作以后，假使集电极电压瞬间升高，之后立刻恢复正常，若没有C3，则也会发出错误的故障电感器应用信号，使IGBT误关断。但是，C3的取值过大会使系统反应变慢，而且在饱和情况下，也可能使IGBT在延时电感厂家时间内就被烧坏，起不到正确的保护作用， C3取值100pF，其延时时间

  

  
  在集电极检测电路用两个二极管串连，能够提高总体的反向耐压，从而能够提高驱动电压等级，但二极管的反向恢复时间要很小，且每个反向耐压等级要为1000V，一般选取BYV261E，反向恢复时间75 ns。R4和C5的作用是保留HCLP-316J出现过流信号后具有的软关断特性，其原理是C5通过内部MOSFET的放电来实现软关断。图3中输出电压VOUT经过两个快速三极管推挽输出，使驱动电流最大能达到20A，能够快速驱动1700v、200-300A的IGBT。

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