當(dāng)驅(qū)動光耦的輸出能力無法滿足IGBT門極驅(qū)動電流的要求時,要選擇使用推挽驅(qū)動。
(1) IGBT門極峰值電流計算
參考英飛凌的應(yīng)用手冊,IGBT門極峰值電流
Imax=0.74*△VGE/(Rg+Rint)
△VGE為IGBT驅(qū)動電壓變化量,Rg為外加門極電阻,Rint為門極內(nèi)部電阻,0.74為考慮到驅(qū)動器內(nèi)阻和引線電感而設(shè)置的校正系數(shù)。
假設(shè)IGBT在開通和關(guān)斷的過程中,門極等效電容Cge恒定。 對于IGBT門極回路可列出微分方程
Ld2iG(t)/dt2+RdiG(t)/dt+1/CGE*iG(t)=0
求解方程(4)得到Imax的表達(dá)式(5),其中e為2.71828。
Imax=2*△VGE/(eR)≈0.74△VGE/R
其中L為門極驅(qū)動回路的雜散電感,R為驅(qū)動電阻總和,包括Rg和Rint,iG(t)為隨時間變化的門極電流。
注意事項:
1、在計算門極峰值電流時,理論值往往比實測值大,這是由于驅(qū)動回路雜散電感導(dǎo)致的;
2、外加門極電容越大,開通、關(guān)斷時門極峰值電流越大;
3、對于驅(qū)動推挽電路沒有直接安裝在IGBT上面、推挽后級有驅(qū)動長線的應(yīng)用,在外加門極電容的情況下,門極峰值電流實測值和理論值相差得大一些。
(2)三極管推挽電路組成及優(yōu)缺點
常見的用三極管構(gòu)成的推動級電路如圖所示,上管用NPN三極管,下管用PNP三極管,組成推挽放大電路。
優(yōu)點:正邏輯,簡單,非常容易用。
缺點:
1、飽和導(dǎo)通時有0.7V的飽和壓降;在做驅(qū)動器的輸出級時,損耗較大,在開關(guān)頻率較高時,發(fā)熱尤其明顯;
2、在峰值驅(qū)動電流較大時,三極管的CE電壓降變得較高,因此為了保證門極電壓為15V,電源電壓需要設(shè)計為17V~18V;
3、三極管響應(yīng)速度慢,基極到發(fā)射極的相響時間稍長,在做有源鉗位的反饋通道時,顯得有點慢;
4、三極管的基極電流會受IGBT門極充電電壓的影響;
5、三極管的增益隨著電流的變化而變化。
三極管推挽電路存在兩種情況:輸出端分開、輸出端連接在一起的情況,如下圖3所示,在圖3(b)中,可在開通或關(guān)斷電阻所在支路串聯(lián)二極管,從而使開通或關(guān)斷電阻阻值不同。
推挽輸出端連在一起時,推挽三極管承受的反壓較??; 推挽輸出端分開時,推挽三極管承受的反壓較大,反壓主要是由開關(guān)電流在驅(qū)動電阻上的壓降形成的。
(3) 推挽三極管的選型
① 推挽三極管的集射極電壓VCEO
推挽三極管的集射極電壓VCEO的80%大于驅(qū)動總電源Vcc+Vee。
②推挽三極管的集電極電流峰值Icm
集電極電流峰值Icm要大于IGBT門極峰值電流Ipeak,但要保證三極管增益曲線中Ipeak所對應(yīng)的hFE大于50(建議值)。
③推挽三極管基極電阻的選擇
推挽三極管基極電阻的選擇步驟:
1、計算門極峰值電流Ipeak;
2、查三極管的增益曲線,找出Ipeak所對應(yīng)的hFE;
3、計算基極電流Ib;
Ib=Ipeak /hFE
4、計算基極電阻,其中△VGE為IGBT驅(qū)動電壓變化量,所選擇的基極電阻應(yīng)小于該阻值。
Rb=△VGE/Ib
注:應(yīng)對NPN和PNP三極管分別計算基極電阻,若兩個三極管的基極電阻共用,應(yīng)選擇較小的基極電阻。
注意事項:
1、 若減小推挽三極管的基極電阻,則開通時IGBT的門極電壓會偏高;
2、 無論基極門極電阻、三極管增益如何變化,IGBT關(guān)斷特性與反向恢復(fù)能量基本不變;
3、 對于某一類增益確定的三極管,隨著基極電阻的增大,開通延時、上升時間、開通損耗等增加,開通di/dt、du/dt、反向恢復(fù)du/dt減?。?/p>
4、 若基極電阻固定,增益越大的三極管,相應(yīng)的IGBT損耗越小,但當(dāng)基極電阻小到一定值后,兩種增益三極管的開通損耗基本相等;
5、驅(qū)動推挽器件布線時的注意事項
① 一般推挽器件發(fā)熱嚴(yán)重,應(yīng)盡量增大鋪銅面積;
②若推挽器件采用直插封裝,建議使用散熱器進(jìn)行散熱;
③ 若條件允許,可以在推挽器件所在PCB板的另一面也鋪銅,通過通孔連接,以改善散熱。
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