電力電子應(yīng)用技術(shù)第十講驅(qū)動與保護(hù)

第10講功率半導(dǎo)體器件

驅(qū)動與維護(hù)技術(shù)驅(qū)動電路概述晶閘管與IGCT驅(qū)動技術(shù)MOSFET與IGBT驅(qū)動電路設(shè)計運(yùn)用半導(dǎo)體器件運(yùn)用中的維護(hù)技術(shù)驅(qū)動電路概述 驅(qū)動電路是連系控制信號與功率信號的橋梁，是控制電路與主電路的接口。要充分發(fā)揚(yáng)功率器件的優(yōu)良性能，就必需了解驅(qū)動電路的特點(diǎn)。驅(qū)動電路與功率器件一同任務(wù)，成為弱電控制強(qiáng)電的關(guān)鍵。普通驅(qū)動電路的特點(diǎn)：電氣隔離驅(qū)動功率檢測維護(hù)缺點(diǎn)反響集成度與可靠性驅(qū)動電路概述常用的驅(qū)動電路實(shí)物展現(xiàn)：驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路與功率器件銜接展現(xiàn)：驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路根本原理： 按照控制信號到功率器件門控極的銜接方式分為直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動驅(qū)動電路概述直接驅(qū)動法光電耦合隔離驅(qū)動方式變壓器隔離驅(qū)動方式驅(qū)動電路概述晶閘管與IGCT同屬于閘流管類；IGBT和MOSFET屬于晶體管類。晶閘管與IGCT驅(qū)動技術(shù)晶閘管驅(qū)動門極觸發(fā)電路要求：保證脈沖寬度保證脈沖幅度和陡度保證脈沖功率晶閘管與IGCT驅(qū)動技術(shù)MOS與IGBT是門控電壓型器件，任務(wù)頻率相對較高。驅(qū)動電路功率要求較低，頻率要求較高。對于小功率低壓的MOSFET，普通可以直接驅(qū)動或者經(jīng)過帶自舉電路的供電方式進(jìn)展電壓隔離任務(wù)對于中大功率高壓IGBT，普通采用電磁或光電隔離的驅(qū)動方式任務(wù)IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)MOSFET驅(qū)動電路要求：開關(guān)管開通瞬時,提供足夠大電流使MOSFET柵源極電壓迅速上升,保證開關(guān)管快速開通且不存在上升沿高頻振蕩;開關(guān)管導(dǎo)通期間保證MOSFET柵源極間電壓堅(jiān)持穩(wěn)定關(guān)斷瞬間能提供一個盡能夠低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放,保證開關(guān)管能快速關(guān)斷關(guān)斷期間驅(qū)動電路最好能提供一定的負(fù)電壓防止遭到干擾產(chǎn)生誤導(dǎo)通IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)MOSFET驅(qū)動常用的MOS驅(qū)動器：IR2110自舉隔離IXDD404一樣兩路TC428互補(bǔ)兩路IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)IR2110典型銜接電路根本原理框圖IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)IXDD404原理框圖短路實(shí)驗(yàn)銜接圖IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)TC428根本原理框圖IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)IGBT驅(qū)動電路要求：采用正負(fù)值驅(qū)動電壓向柵源極供電，保證開關(guān)管可靠開通和關(guān)斷。降低驅(qū)動電路阻抗，以提高柵極充電放電速度，從而提高逆變主回路和控制電路的開關(guān)速度。保證主電路與控制電路隔離。具有較強(qiáng)的抗干擾才干。IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)常用IGBT驅(qū)動器M57962L、EXB841單路驅(qū)動厚膜電路2.2SD315、SKHI22AH4兩路驅(qū)動集成模塊3.6SD312、SKHI61六路驅(qū)動集成模塊IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)厚膜驅(qū)動電路IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)M57962L原理圖IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)集成驅(qū)動模塊2SD315原理框圖SKHI22AIGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)6SD312IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)IGBT(MOSFET)驅(qū)動電路設(shè)計實(shí)例在開場設(shè)計之前全面了解所選器件的參數(shù)在線路設(shè)計階段必需進(jìn)展熱設(shè)計,保證器件任務(wù)在平安任務(wù)區(qū)盡量縮短開關(guān)時間，將開關(guān)損耗降到最低IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)STEP1.器件選型3.3IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)除了了解器件的耐壓電流等容量參數(shù)，還需特別留意寄生電容和引線電感對開關(guān)波形的影響Ciss=Cgs+Cgd

Crss=Cgd

Coss=Cgd+Cds1、Ciss對驅(qū)動電路影響最大2、Coss對輸出電壓的波形有影響。3、Crss使得漏極的電壓變化對門極產(chǎn)生影響。STEP2.功率損耗計算3.3IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)1、確定輸入電容CINCIN≈3---5?CISS2、輸入電容儲存能量WW=??CIN??V23、驅(qū)動器件所需功率PP=fc?CIN??V2或者P=fc?Q??V4、確定門極輸入電流IGIG≈?V/RG設(shè)計一個任務(wù)頻率5khz，200A電流耐量的IGBT驅(qū)動電路?！睟SM200GB120DN2)IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)1、CIN≈3---5?CISS≈5?13nF,=65nF2、P=fc?CIN??V2=5k?65n?900=0.2925W3、IG≈?V/RG=30/4.7=6.4A4、設(shè)計IGBT驅(qū)動電壓為+15V，思索驅(qū)動電路的本身損耗，驅(qū)動功率加上0.5--1w的余量STEP3.詳細(xì)電路設(shè)計IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)常用門極銜接電路圖詳細(xì)設(shè)計思索的問題：1、獨(dú)立電源供電2、開通關(guān)段過程時間3、門極脈沖整形IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)IGBT動態(tài)性能與門極驅(qū)動電路設(shè)計有關(guān)的問題：主器件的開關(guān)損耗二極管恢復(fù)的影響〔開關(guān)損耗、電壓瞬變、電路噪聲〕直流環(huán)節(jié)電感與電壓瞬變短路維護(hù)電路關(guān)斷形狀的dv/dt維護(hù)IGBT(MOSFET)驅(qū)動技術(shù)半導(dǎo)體器件維護(hù)技術(shù)功率半導(dǎo)體器件損壞的主要緣由：過壓過流過熱超構(gòu)造應(yīng)力過壓維護(hù)〔1〕防止驅(qū)動電壓過壓呵斥門極損壞防止門極與漏極間的阻抗太高，這樣能夠由于干擾或者dv/dt引起門極擊穿而損壞器件。適當(dāng)降低門極阻抗，在門極與漏極間并接15-20V的穩(wěn)壓管。存儲和運(yùn)用過程中防止門極開路。半導(dǎo)體器件維護(hù)技術(shù)防止靜電擊穿對于絕緣柵極器件，很容易發(fā)生靜電擊穿。在運(yùn)用和存儲時要格外留意維護(hù)。用靜電包裝袋存儲接入電路前任務(wù)臺要良好接地測試時，丈量儀器良好接地防止偶爾性振蕩損壞器件半導(dǎo)體器件維護(hù)技術(shù)〔2〕防止主電路過壓呵斥門極損壞首先保證器件的容量符合所設(shè)計的系統(tǒng)，在有效本錢控制的情況下，留出足夠的電壓余量。要留意器件關(guān)斷時產(chǎn)生的di/dt導(dǎo)致的尖峰電壓，可以采取穩(wěn)壓管箝位、加緩沖電路等方法抑制。半導(dǎo)體器件維護(hù)技術(shù)2.過流維護(hù)負(fù)載的忽然變化會產(chǎn)生很高的沖擊電流，必需經(jīng)過電流傳感器檢測或者飽和壓降檢測來確定過流的范圍并且實(shí)現(xiàn)維護(hù)。傳感器檢測是對于系統(tǒng)來說的維護(hù)，防止由于過流損壞器件后又損壞其他的設(shè)備。飽和壓降檢測才是可以對器件起到維護(hù)的檢測方法。半導(dǎo)體器件維護(hù)技術(shù)3.過熱維護(hù)由于半導(dǎo)體器件任務(wù)性能受節(jié)溫的影響非常大，必需保證器件的任務(wù)溫度不超越允許節(jié)溫。器件的任務(wù)損耗會導(dǎo)致溫度升高，環(huán)境的溫度也能引起節(jié)溫變化，器件在任務(wù)