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全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)

接线图 2024年04月27日 18:22 116 admin

3.过压保护
在IGBT关断过程中,由于其c极电流下降较快,在电路杂散电感与负载电感的作用下,会在IGBT的c、e极间产生很高的浪涌尖峰电压,尤其是在IGBT工作电压本就很高的电路中,这样极易击穿IGBT。因此,对IGBT进行过压保护也十分必要。
为了避免尖峰电压损坏IGBT、一是要优化主电路结构(采用分层布线、尽量缩短连线等),减少杂散电感;二是在线路上多加装一些退藕电容,以减少线路电感;三是安装脉冲吸收回路。
吸收回路的作用是吸收电感释放的能量,其电路形式主要分为充放电型和放电阻止型两类。充放电型又分有RC吸收与RCD吸收两种,分别如图13、14所示。RC吸收电路因电容C的充电电流在电阻R上产生压降,还会造成过冲电压。RCD电路因用二极管旁路了电阻上的充电电流,从而消除了过冲电压。
全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)  第1张

全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)  第2张
电容Ca1、Ca2应选用高频低感圈绕聚乙烯或聚丙烯电容,也可选用陶瓷电容,容量为2nF左右。虽容量选大一些,有利于浪涌尖峰电压的抑制,但过大会受到放电时间的限制。电阻Ra1、Ra2应选用氧化膜无感电阻,其阻值的确定要满足放电时间明显小于主电路开关周期的要求,可按R≤T/6C计算,T为主电路的开关周期。二极管VD1、VD2应选用正向过渡电压低、逆向恢复时间短的二极管。
常见的放电阻止型吸收电路如图15~17所示,电容CS的放电电压为电源电压。在每次IGBT关断时,CS将上次关断电压的过冲部分能量回馈到电源,减小了吸收电路的功耗,但这类电路的电压吸收能力不如上述RCD充放电型。
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全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)  第4张

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4.过热保护
由于IGBT是大功率器件,通常工作在大电流状态,自身发热也较快(尤其是RG偏大时),加之IGBT的结温不能超过125℃,且不宜长期工作在较高温度下,因此要进行过热保护。
在实际应用中,IGBT的过热保护通常采用强制散热与保护电路相结合的方式。例如:在电磁炉中,将IGBT安装在一块面积较大的金属片上,并采用风扇对IGBT进行风冷散热,如图18所示;同时,在IGBT表面或其散热器上安装温度传感器,当检测到温度超过设定值时,单片机会发出IGBT关断指令,这时驱动电路停止输出IGBT驱动脉冲,从而达到保护的目的。
全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)  第6张

五、IGBT在变频家电中的应用
变频家电分交流变频和直流变频两类,前者指采用三相交流感应电机的机种,后者指采用三相直流无刷电机的产品。相比之下,直流无刷电机能效比高,尺寸也较小,但价格却高出很多。目前,我国的变频家电绝大部分是交流变频产品。
主流变频家电的硬件主要由电机、电机控制器以及功率变换模块组成。其中,功率变换模块是电子控制系统中最关键和成本最高的部件,目前大多使用智能功率模块(IPM)。
IPM将IGBT、驱动电路以及保护电路集中在一个模块中,其输出电流与耐压由IGBT决定。目前,IPM的输出电流可达600A,耐压可达1200V,能够控制数千瓦的电机。IPM的出现,加快了变频家电市场的发展,变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等产品正快速进入千家万户。以变频空调为例,近几年的变频空调全采用了IPM方式,并且主要采用日本三菱IPM方案和三洋IPM方案,其外形如图19所示。变频压缩机运转的频率由IPM输出的交流电压控制,IPM输出的电压越高,压缩机运转频率及输出功率就越大;反之,压缩机运转频率及输出功率就越低。
全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)  第7张
提示:IPM一般有P(或+)、N(或-)、U、V、W五个连接端点,连线时一定要一一对应,若将某端点的连线接错,上电开机便会导致IPM损坏。“P”或“+”端连接直流电正极,“N’’或“-”端连接直流电负极,“U”、“V”、“W”端为压缩机的连接线,需对照外机接线图进行连接。
另外,板上还有两个插座,插针数较多的通常是模块的控制信号连线插座,另一个则是模块驱动电源连接插座。
变频空调的IPM的后级电路主要由6只大功率IGBT组成,如图20所示。Q1~Q3为上臂,Q4~Q6为下臂,在驱动电路的作用下,每一个时刻,上臂中的一只IGBT与下臂中的一只IGBT同时导通(Q1、Q4、Q2、Q5、Q3、Q6不能同时导通),这6只IGBT按照表1的顺序循环通断,从而将输入模块的直流电压(一般为260V~310V)转变为驱动变频压缩机(CM)的三相交流电压(电压值一般低于AC220V)。
全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)  第8张

全面认识IGBT及其驱动与保护电路的特点(下)  第9张
当出现过流、过热、欠压等现象时,IPM内部保护电路启动,驱动电路停止输出脉冲,会拉低IGBT的栅极电压,使之可靠地关断,并将故障信号送给主板CPU,让CPU启动保护程序,并作出声光报警提示。

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