几天专门给逆变器的后级,也就是大家熟悉的H桥电路换上了IGBT管子。IGBT单管相当的脆弱,同样电流容量的IGBT单管,比同样电流容量的MOSFET脆弱多了,也就是说,在逆变H桥里头,MOSFET上去没有问题,但是IGBT上去,可能开机带载就炸了。这一点很多人估计都深有体会。
曾经我非常天真的认为,一个IRFP460,20A/500V的MOSFET,用个SGH40N60UFD 40A/600V的IGBT上去怎么样也不会炸的吧,实际情况却是:带载之后,突然加负载和撤销负载,几次下来就炸了。我以为是电路没有焊接好,然后同样的换上去,照样炸掉,这样白白浪费了好多IGBT。
后来发现一些规律,就是采用峰值电流保护的措施就能让IGBT不会炸。我们将这个问题看出几个部分来解决:(1)驱动电路;(2)电流采集电路;(3)保护机制。
一、驱动电路
这次采用的IGBT为IXYS的,IXGH48N60B3D1,详细规格书如下:IXGH48N60B3D1
驱动电路如下:
这是一个非常典型的应用电路,完全可以用于IGBT或者MOSFET,但是也有些不一样的地方。
有负压产生电路,
隔离驱动,
单独电源供电。
首先我们来总体看看,这个电路没有保护,用在逆变上100%炸,但是我们可以将这个电路的实质摸清楚。
先讲讲重点:
1:驱动电阻R2,这个在驱动里头非常重要,图上还有D1配合关闭的时候,让IGBT的CGE快速的放电,实际上看需要,这个D1也可以不要,也可以在D1回路里头串联一个电阻做0FF关闭时候的栅极电阻。
下面发几个波形照片,不同的栅极电阻,和*HV+400V共同产生作用的时候,上下2个IGBT栅极的实际情况。
上面的图,是在取消负压的时候,上下2管之间的栅极波形,栅极电阻都是在10R情况下。
上面的图是在不加DC400V情况下测量2管G极波形,下图是在DC400V情况下,2管的栅极波形。
为何第二个图会有一个尖峰呢。这个要从IGBT的内部情况说起,简单来说,IGBT的GE上有一个寄生的电容,它和另外的CGC一个寄生电容共同组成一个水池子,那就是QG,其实这个和MOSFET也很像的。
那么在来看看为何400V加上去,就会在下管上的G级上产生尖峰。借花献佛,抓个图片来说明:
如上图所示,当上官开通的时候,此时是截止的,由于上官开通的时候,这个时候要引入DV/DT的概念,这个比较抽象,先不管它,简单通俗的说就是上管开通的时候,上管等效为直通了,+DC400V电压立马加入到下管的C级上,这么高的电压立刻从IGBT的寄生电容上通过产生一个感应电流,这个感应电流上图有公式计算,这个电流在RG电阻和驱动内阻的共同作用下,在下管的栅极上构成一个尖峰电压,如上面那个示波器的截图所示。到目前为止,没有引入米勒电容的概念,理解了这些,然后对着规格书一看,米勒电容是什么,对电路有何影响,就容易理解多了。
这个尖峰有许多坏处,从上面示波器截图可以看出来,在尖峰时刻,下管实际上已经到7V电压了,也就是说,在尖峰的这个时间段内,上下2个管子是共同导通的。下管的导通时间短,但是由于有TON的时间关系在里面,所以这个电流不会太大。管子不会炸,但是会发热,随着传输的功率越大,这个情况会更加严重,大大影响效率。
本来是要发出加入负压之后波形照片,负压可以使这个尖峰在安全的电平范围内。示波器需要U盘导出位图,这样清晰,今天发懒没有摸仪器了,后面再去补上去。