EXB841驱动电路

1、当然驱动电路还要注意像防止门极过压等其他一些问题。日本FUJI 公司的 EXB841 芯片具有单电源、正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特性，是一种比拟典型的驱动电路。其功能比拟完善，在国内外得到了广泛3 驱动芯片 EXB841的控制原理图 1 EXB841的工作原理圈 T EXB341 的工作康理图 1 为 EXB841的驱动原理4,5。其主要有三个工作过程：正常开通过程、正常关断过程和过流保护动作过程。外加 PWM 控制信号，当触发脉冲信号施加于14和 15引脚时，在 GE两端产生约 16V 的 IGBT开通电压；当触发控制脉冲撤销时，在GE两端产生-5.1V 的 IGBT关断电压。过

2、流保护动作过程是根据IGBT的 CE 极间电压 Uce的大小判定是否过流而进行保护的，Uce 由二极管 Vd7检测。当 IGBT开通时，假设发生负载短路等发生大电流的故障，Uce 会上升很多，使得 Vd7截止，EXB841的 6脚悬空，B点和 C 点电位开始由约 6V 上升，当上升至 13V 时，Vz1被击穿，V3导通，C4 通过 R7 和 V3 放电，E 点的电压逐渐下降，V6 导通，从 而使 IGBT 的 GE间电压 Uce 下降，实现软关断，完成 EXB841对 IGBT的保护。射极电位为-5.1 V,由 EXB841 内部的稳压二极管 Vz2基丁 EXB841 的 IGBT 驱动和保护

3、电路研究多绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种由双极型晶体管与MOSFET 组合的器件，它既具有MOSFET 的栅极电压控制快速开关特性，又具有双极型晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点，近年来在各种电能变换装置中得到了广泛应用。但是，IGBT的门极驱动电路影响 IGBT的通态压降、开关时间、快开关损耗、承受短路电流能力及du/dt等参数，并决定了 IGBT静态与动态特性。因此设计高性能的驱动与保护电路是平安使用IGBT的关键技术1,2。IGBT对驱动电路的要求(1)触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度，即脉冲前后沿要陡峭;(

4、2)栅极串连电阻 Rg 要恰当。Rg 过小，关断时间过短，关断时产生的集电极尖峰电压过高;Rg过大，器件的开关速度降低，开关损耗增大;(3)栅射电压要适当。增大栅射正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利，但也会使管子承受短路电流的时间变短，续流二极管反向恢复过电压增大。因此，正偏压要适当，通常为+15V。为了保证在 C-E 间出现 dv/dt 噪声时可靠关断，关断时必须在栅极施加负偏压，以防止受到干扰时误开通和加快关断速度，减小关断损耗，幅值一般为(5 10) V;(4)当 IGBT处于负载短路或过流状态时，能在 IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现IGBT的软关断。驱动电路的

5、软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。CftT.CChM2,3,4。14和 15两脚间决定。作为 IGBT的专用驱动芯片，EXB841 有着很多优点，能够满足一般用户的要求。但在大功率高压高频脉冲电源等具有较大电磁 干扰的全桥逆变应用中，其缺乏之处也显而易见。(1)过流保护阈值过高。 通常 IGBT在通过额定电流时导通压降Uce约为 3.5V ,而 EXB841 的过流识别值为 7.5V左右，对应电流为额定电流的 23倍，此时 IGBT已严重过流。(2)存在虚假过流。一般大功率IGBT的导通时间约为 1归左右。实际上，IGBT导通时尾部电压下降是较慢的。实践说明，当工作电压较高时，Uce下

6、降至饱和导通时间约为 45饵，而过流检测的延退时间约为2.7饵.因此，在 IGBT开通过程中易出现虚假过流。为了识别真假过流，5脚的过流故障输出信号应延迟5 gs,以便保护电路对真正的过流进行保护。(3)负偏压缺乏。EXB841使用单一的 20V 电源产生+15V和-5V 偏压。在高电压大电流条件下，开关管通断会产生干扰，使截 止的 IGBT误导通。(4)过流保护无自锁功能。在过流保护时，EXB841 对 IGBT进行软关断，并在 5 脚输出故障指示信号， 但不能封锁输入的 PWM 控制信号。(5)无报警电路。在系统应用中，IGBT发生故障时，不能显示故障信息，不便于操作。针对以上缺乏，可以考

7、虑采取一些有效的措施来解决这些问题。以下结合实际设计应用的具体电路加以说明。4驱动电路优化设计本文基于 EXB841设计 IGBT的驱动电路如图 2所示，包括外部负栅压成型电路、过流检测电路、虚假过流故障识别与驱动信号锁存电路，故障信息报警电路 5,6,7。外部负栅压成型电路针对负偏压缺乏的问题，设计了外部负栅压成型电路。HI, FT如图 2所示，用外接 8V稳压管 Vw1 代替驱动芯片内部的稳压管 Vz2 ,在稳压管两端并联了两个电容值分别为105 gf 和 0.33 f 的去耦滤波电容。为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，在栅射极间并联了反向串联的16V (V02 )和 8V (V03 )稳压

8、二极管。为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小IGBT集电极的电压尖脉冲，需要在栅极串联电阻Rg。栅极串连电阻 Rg 要恰当，Rg 过小，关断时间过短，关断时产生的集电极尖峰电压过高；Rg 过大，器件的开关速度降低，开关损耗增大。优化电路采用了不对称的开启和关断方法。在 IGBT开通时，EXB841 的 3脚提供+16V 的电压，电阻 Rg2 经二极管 Vd1和 Rg1 并联使 Rg 值较小。关断时，EXB841 内部的 V5 导 通，3 脚电平为 0,优化驱动电路在 IGBT的 E 极提供-8V 电压，使二极管 V01截止，Rg= Rg1 具有较大值。并在栅射极间并联大电阻， 防止器件

9、误导通。过流检测电路 偏高的保护动作阈值难起到有效地保护作用，必须适宜设置此阈值。但由于器件压降的分散性和温度影响，又不宜设置过低。为了适当降低动作阈值，已经提出了采用高压降检测二极管或采用串联3.3V反向稳压二极管的方法。该方法不能在提高了负偏压的情况下使用，因为正常导通时，IGBT约有 3.5V左右的压降，负偏压的提高使6 脚在正常情况下检测到的电平将到达12V左右，随着 IGBT的工作电流增大，强电磁干扰会造成EXB841 误报警，出现虚假过流。本优化电路采用可调的电流传感器。如图 2所示。L 为磁平衡式霍1g,输出电压 Uout 同输入电流有很好的线性关系。该电路通过调节滑动电阻尔电流

10、传感器，可测量交流或直流电流，反响时间小于Rw1 设准电流幅值而完成保护，当电流传感器输出大于给定值时，比拟器输出+15V的高电平至 EXB841的 6 脚，使 EXB841的软关断电路工作。虚假过流故障识别与驱动信号锁存电路当 IGBT过流工作时，EXB841的 6脚靠上文论述的过流检测电路检测到过流发生，EXB841 进入软关断过程。内部电路C3,R6产生约 3g的延时，假设 3g后过流依然存在，5 脚输出低电平作为过流故障指示信号，高速光耦6N136导通，三极管 Vs01 截止，过流高速比拟器 LM319输出高电平，电容 C03 通过 R06充电，假设 LM319输出持续高电平时间大于设

11、定保护时间一般为 5 g , C03 的电 压到达击穿稳压管 Vs03的电压，使 RS 触发器 CD4043 的置 1端为高电平，从而 Q端输出高电平，Vs02导通，集电极输出低电平，利 用由 74LS09构成的与门封锁输入驱动信号。CD4043的信号延迟时间最大为几百个ns，而 74LS09的信号延迟时间最大为几十个ns。因此，保护电路在信号响应上足够快。图2中，在 RS 触发器的 R 端加了复位按钮，发生故障时，RS 触发器将 Q 端输出的高电平锁住，当排除故障后，可以按动复位按钮，接束对栅极控制信号的封锁。Vs02 的集电极输出同时接微处理器，可及时显示故障信息，实现故障报警。EXB84

12、1 的软关断时间是由内部元件R7 和 C4 的时间常数决定的，为了提高软开关的可靠性，在EXB841的 4和 5两端外加可调电阻 Rw2，可调节软关断时间，在 4和 9脚两端外加电容C01,可防止过高的 di/dt产生的电压尖峰，但应合理选择二者的值，太大的值将增大内部三极管V3 的集电极电流。5 实验结果分析 XftT.COM图3典型驱动电路波形图 3 为实测典型驱动电路驱动波形，图4为实测优化驱动电路波形。通过两图的比照，不难看出，典型驱动电路的反向关断电压不到-5V，正向驱动电压小于 14.5V。而优化驱动电路的反偏压那么根本到达或接近于-8V，正向驱动电压更是超过了 +15V,正反向驱动电压值得到调整的同时，前后沿陡度也得到极大改善。原 EXB841 典型驱动电路应用到大功率高压高频脉冲电源中，电源逆变局部由于负偏压缺乏，容易引起桥臂直通，导致IGBT经常炸毁。又因为高频造成的强电磁干扰，致使IGBT电流较小时就产生虚假过流的故障保护，使得设备无法正常运行。优化电路应用到电源后，以上故障均得以很大程度上的消除。能够满足设备正常工作的要求。6结论本文在对 IGBT器件的驱动要求进行