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功率MOSFET驱动保护电路设计与应用_田颖

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!!!!!!!定稿日期 !7883B8?B8F
作者简介 ! 田 颖 "4eF3B #! 女 ! 黑龙江省齐齐哈尔人 ! 博士 ! 研究方向为动力装置测试与控制 $
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功率 #$%&’( 驱动保护电路
由上述分析可知， 功率 &-.)*+ 驱动电路的设 计主要包括栅极驱动电路和保护电路两部分。驱动 电路的设计好坏直接决定了系统对执行机构的驱动 品质， 同时由于它是高电压、 大电流的强电电路， 需 要对其进行可靠保护， 使其稳定运行， 并且应尽量减 少对控制部分弱电电路的干扰。 F>
L#M
阻 !#UR，电阻数值需要在系统运行状态下通过试验 进行调试， 在开关速度与栅极驱动效果间折衷。 由于 7GFH?# 无过流保护自锁功能，设计中添 加了过流信号锁定电路， 如图 4 所示。 通过锁定信号 控制继电器， 在过流发生时直接断开主回路供电。 系 统上电时， 电解电容 "URZ 的正极 （即[C7D 端） 输出一 个由低到高的脉冲信号， S?RCO"S 的 O 脚则有预置 控制信号输入，使 S?RCO"S 的输出端全部输出低电 平， 而 S?RCO!N 的 H 脚输出低电平， 同时[C7D 信号 输入到 S?RCS?N 的 ? 脚，使 S?RCS? 的 & 脚输出高 电平， 此时三极管 ’\UR 导通， 继电器 ]P\ 通电， 其 常开触点吸合， 主回路供电。 当过流时， 7GFH?O 的 & 脚输出脉冲信号经光耦隔离后，输入到 S?RCO"S 的 H 脚，为了滤除干扰信号确保电路过流，芯片 计满 O@ 个脉冲后确认系 S?RCO"S 对脉冲信号计数， 统过流。此时， S?RCO"S 的输出端全部输出高电平， 而 S?RCS?N 的 & 脚输 S?RCO!N 的 H 脚输出高电平， 出低电平， 三极管 ’\UR 截止， 继电器 ]P\ 断电， 其 常开触点断开， 主回路供电断开。
!
引
言
栅!源间的阻抗过高，则漏!源间电压的突变会通过 极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅!源尖峰电 压。这一电压会使栅!源氧化层击穿， 造成永久性损 坏。 如果是正方向的 !6. 瞬态电压， 还会引起器件的 误导通，导致该器件或电路其它器件产生瞬态电流 过载。 解决的办法是适当降低栅极驱动电路的阻抗， 在栅!源间并接阻尼电阻， 或并接约 789 的齐纳二极 管，尤其要防止栅极开路工作5 "防止开关过程的 漏!源过电压。如果器件接有感性负载， 则当器件关 断时， 漏极电流的突变 （:";:#） 会产生比外电源还高 的漏极尖峰电压， 导致器件击穿。功率 &-.)*+ 关 断得越快， 产生的过电压越高。为此， 需在 &-.)*+ 中设置保护电路来吸收浪涌电压。解决方法一般为 加入 <= 缓冲电路和感性负载的二极管箝位电路。 发生短路时， 功率 &-.)*+ 漏!源电流迅速增加 并超过额定值， 此时由于在功率 &-.)*+ 上加了高 电压、 大电流， 必须在过流极限值所规定的时间内关 断功率 &-.)*+， 否则器件将被烧毁。
第 !" 卷第 # 期
电力电子技术
’()*!"+,(*# -./01203+4%%&
$%%& 年 $ 月
5(6.0 7).890(:;8<
功 率 器 件 采 用 => 公 司 的 =>-5?@% 功 率 ABC-7D 芯片，驱动电路以日本富士公司开发的 =EFD 及功 率 ABC-7D 驱动保护集成模块 7GFH?# 为核心。7GFH?# 模块的最高运行频率为 ?%IJK， 输 入信号经内部光电隔离， 有过流保护电路和过流保 护输出端， 可单电源供电， 内部提供栅!源电压自举 电路， 最大延时为 #*&!<。7GFH?# 模块的主要缺点 是其过流保护盲区较大， 且无过流保护自锁功能， 在 执行过流保护时， 其自身只是在当前脉冲软关断， 而 不是关闭 。
路。该电路具有结构简单， 实用性强， 响应速度快等特点。在电涡流测功机励磁线圈驱动电路中的实际应用证明， 该 电路驱动能力及保护功能效果良好。
关键词 !模块；驱动电路 ; 功率金属氧化物场效应晶体管；保护电路 中图分类号 !+&>2?@4 文献标识码 !A 文章编号 !4888B4880C788DE84B88F>B87
表 4 示出实测电路的各参数。由表可 !(L%$C%’， 见， 该电源实际效率高达 "!*CP。
表" 输入 ! 输出电参数 ! 电路效率 " 不含整流桥效率 #
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功率场效应晶体管 （!"#$% &’()*+） 是一种多 数载流子导电的单极型电压控制器件，具有开关速 度快、 高频性能好、 输入阻抗高、 驱动功率小和无二 次击穿问题等显著特点，在各类中小功率开关电路 中应用极为广泛。本文介绍了功率 ,-.)*/ 驱动保 护电路的设计方案， 它以 *01234 驱动模块为核心， 增加了吸收电路和过流信号锁定电路等，该设计使 系统功率驱动部分的可靠性大大提高，同时也提高 了系统对执行机构的控制品质。
!
结
论
（G）"7 随 !% 的增加而增大， 但不是线性关系， 在 &IJ%*"" 时， 但在 &K#*& "7 更依赖于 !% 的提高； 时+!% 对 "7 的影响不太明显。 （4）"7 一般不太高， &L#*C+&IL%*"" 时，"7 典型 值约为 "&@， 即有 &@的储能不能传到输出侧， 这接 近相同参数 （如 #%%?） 、 相同工艺下反激型电源效 率与正激型的差值。说明， "7 有限是硬开关反激电 源效率低的主要原因+也是反激拓扑不适用于大功 率电源的主要原因。 （!）通过设计相应电路， 将反激变压器馈入输 完全可以设 入侧的能量回收馈入到电源或负载M!+EN， 计以反激拓扑为基础的大功率电源。基于这一思 想， 已试制出单开关的 4O? 反激型开关电源， 实验 直流输出电压 条件：直流输入电压 !;L4&%$!&%’，
图 # 电涡流测功机励磁线圈驱动保护电路
图 $ 过流信号锁定电路原理图
考虑到 7GFH?# 存在保护盲区， 将 7GFH?# 的 @ 脚接导通压降大一点的超快速恢复二极管，并串联 一个稳压二极管，这样可使实际过载电流小于 ABC-7D 的极限过载电流L4M。 7GFH?# 的 @ 脚通过 ’PTUR 和 ’PUR 接到 =>-5?@% 的漏极，以检测 #V< 的 高低来判断是否发生短路， 若发生短路， 通过内部电 路使 7GFH?O 的 ! 脚电压逐步下降， 关断 =>-5?@%。 当 O? 脚为开通信号时（即低电平） ， 7GFH?O 的 O?， 其内部光耦导通， 从而使 ! O& 脚有 O%WX 电流流过， 脚输出Y#&’ 的驱动电压， 通过电阻 !!QR 对 =>-5?@% 的栅!源极等效电容充电， 保证开通信号具有较好的 前沿陡度； 主电路两端并联有电解电容和无感电容， 作用是吸收母线杂散电感在功率 ABC-7D 关断时 产生的尖峰电压L!M。 为了防止栅!源两极瞬态电压过大， 影响驱动效 果， 该电路在栅!源间加入了阻尼电阻 !!QR。 同时对栅 极驱动电阻进行改造，在线路电阻的基础上加入电 S?
由图 ! 可以看出， 该驱动电路存在以下问题： " 线圈中电流占空比会 5TA 控制信号占空比恒定时， 有波动； 会有短时关闭现 # ABC-7D 导通状态下，
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第 !" 卷第 # 期
电力电子技术
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功率 #$%&’( 器件设计要求
功率场效应晶体管对栅极驱动电路的要求主要 有： 脉 !触发脉冲须具有足够快的上升和下降速度， 冲前后沿要陡峭5"开通时， 以低电阻对栅极电容充 电， 关断时为栅极电荷提供低电阻放电回路， 以提高 功率 ,-.)*+ 的开关速度5 #为了使功率 ,-.)*+ 可靠触发导通，栅极驱动电压应高于器件的开启电 压， 为了防止误导通， 在功率 ,-.)*+ 截止时最好 能提供负的栅!源电压5$功率 ,-.)*+ 开关时所需 的驱动电流为栅极电容的充放电电流，为了使开关 波形有足够的上升和下降陡度， 驱动电流要大。 过电压保护主要有： !防止栅!源过电压。如果
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驱动保护电路驱动效果对比
图 ! 示出原始的电涡流测功机励磁电流驱动保 护电路驱动效果。该栅极驱动电路未采用 7GFH?O， 而是利用光耦器件隔离 5TA 控制信号，然后直接 驱动 ABC-7D 栅极， 而且采用的低位驱动方式对感 性负载的保护吸收电路而言也不够完善。
图 ! 原始电涡流测功机励磁电流驱动保护电路中电流波形
第 >e 卷第 4 期
电力电子技术
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788D 年 7 月
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功率 #$%&’( 驱动保护电路设计与应用
田
摘
颖 ! 陈培红 ! 聂圣芳 ! 卢青春

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大功率IGBT驱动保护电路的研究与应用的开题报告

大功率IGBT驱动保护电路的研究与应用的开题报告

大功率IGBT驱动保护电路的研究与应用的开题报告一、选题背景及意义随着电子技术的不断发展，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）在工业领域中的应用越来越广泛，尤其是在电力电子变换器、变频空调、高速列车等领域中，其性能和可靠性都得到了越来越高的要求。

然而，由于IGBT的特性和工作环境的特殊性，其工作可靠性在一定情况下可能会受到影响。

因此，针对IGBT的保护措施和驱动电路设计就成为研究的重点。

本论文选取了IGBT驱动保护电路作为研究对象，旨在通过研究IGBT的保护和驱动电路的设计，提高IGBT的工作可靠性和性能，为IGBT的实际应用提供技术支持和保障。

同时，该论文的研究成果也将应用于工业领域，促进电力电子行业的发展。

二、研究目标和内容本论文的研究目标是实现IGBT的保护措施和驱动电路的设计。

具体内容包括以下几个方面：1. IGBT的保护机制研究和分析。

包括IGBT的工作原理、故障原因及其保护机制等方面的研究分析。

2. IGBT驱动电路设计和优化。

主要研究IGBT的驱动电路的设计原理、电路参数及其优化等方面的问题。

3. IGBT保护系统的设计和实现。

根据实际应用需要，设计、实现IGBT的保护系统，包括故障检测、保护算法以及驱动电路等方面的设计。

4. 仿真与实验验证。

运用仿真软件，对所设计的保护系统和驱动电路进行仿真模拟，确认设计的正确性与可行性，并进行实验验证。

三、研究方法和技术路线研究方法主要采用文献分析法、数学模型分析法和实验方法相结合。

技术路线主要分为以下几个阶段：1. 阶段一：文献调研和问题分析。

对IGBT驱动保护电路的现状和问题进行调研和分析，确定研究方向和目标。

2. 阶段二：IGBT保护机制研究和分析。

通过文献分析和数学模型分析的方法，研究IGBT的保护机制。

3. 阶段三：IGBT驱动电路设计和优化。

根据阶段二的研究结果，设计IGBT驱动电路的原理和参数，并进行优化。

4. 阶段四：IGBT保护系统的设计和实现。

基于变压器隔离的功率MOSFET驱动电路参数设计

基于变压器隔离的功率MOSFET驱动电路参数设计

基于变压器隔离的功率MOSFET驱动电路参数设计廖鸿飞;梁奇峰;彭建宇【摘要】介绍了基于单电容变压器隔离及双电容变压器隔离的功率MOSFET驱动电路,并对驱动电路中各元器件的参数设计进行了详细的论述。

进一步对所提出的设计方法进行了实验验证,实验结果表明该设计方法是合理有效的,驱动波形平滑无振荡,并且有较快的上升时间。

%This paper introduces the power MOSFET driver circuit based on the single capacitor and dual capacitors transformer isolation, then analyzes the circuit and discusses the parameter design for the driver components in detail. Experiment designs for the isolation driver circuit has verified the parameter design method is feasible. The test result shows the diver waveform has a short rise time, smooth and no oscillation.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2012(029)003【总页数】3页(P31-32,51)【关键词】隔离驱动;驱动变压器;功率MOSFET【作者】廖鸿飞;梁奇峰;彭建宇【作者单位】中山火炬职业技术学院,广东中山528400;中山火炬职业技术学院,广东中山528400;中山火炬职业技术学院,广东中山528400【正文语种】中文【中图分类】TM461;TN860 引言功率场效应晶体管（功率MOSFET）是一种单极型电压控制器件，没有少数载流子的存储效应，具有开关速度快，开关频率高，输入阻抗高等优点，因此在开关电源装置中得到了广泛的应用［1－2］。

MOSFET的驱动保护电路设计

MOSFET的驱动保护电路设计

摘要：率场效应晶体管由于具有诸多优点而得到广泛的应用;但它承受短时过载的能力较弱，使其应用受到一定的限制。

分析了二极管器件驱动与保护电路的设计要求;计算了MOSFET驱动器的功耗及MOSFET驱动器与MOSFET的匹配;设计了基于IR2130驱动模块的MOSFET驱动保护电路。

该电路具有结构简单，实用性强，响应速度快等特点。

在驱动无刷直流电机的应用中证明，该电路驱动能力及保护功能效果良好。

功率场效应晶体管(Power MOSFET)是一种多数载流子导电的单极型电压控制器件，具有开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、无二次击穿现象和安全工作区域(SOA)宽等优点，因此，在高性能的开关电源、斩波电源及电机控制的各种交流变频电源中获得越来越多的应用。

但相比于绝缘栅双极型晶体管IGBT或大功率双极型晶体管GTR等，MOSFET管具有较弱的承受短时过载能力，因而其实际使用受到一定的限制。

如何设计出可靠和合理的驱动与保护电路，对于充分发挥MOSFET 功率管的优点，起着至关重要的作用，也是有效利用MOSFET管的前提和关键。

文中用IR2130驱动模块为核心，设计了功率MOSFET驱动保护电路应用与无刷直流电机控制系统中，同时也阐述了本电路各个部分的设计要求。

该设计使系统功率驱动部分的可靠性大大的提高。

1 功率MOSFET保护电路设计功率场效应管自身拥有众多优点，但是MOSFET管具有较脆弱的承受短时过载能力，特别是在高频的应用场合，所以在应用功率MOSFET对必须为其设计合理的保护电路来提高器件的可靠性。

功率MOSFET保护电路主要有以下几个方面：1)防止栅极 di/dt过高：由于采用驱动芯片，其输出阻抗较低，直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关断，有可能造成功率管漏源极间的电压震荡，或者有可能造成功率管遭受过高的di/dt 而引起误导通。

为避免上述现象的发生，通常在MOS驱动器的输出与MOS管的栅极之间串联一个电阻，电阻的大小一般选取几十欧姆。

一种大功率IGBT实用驱动及保护电路

一种大功率IGBT实用驱动及保护电路

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2001年第41卷第9期2001,V o l .41,N o .914 3255258一种大功率IGBT 实用驱动及保护电路卫三民,　李发海(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)收稿日期:2000206223作者简介:卫三民(19732),男(汉),山西,博士研究生。

摘　要:对大功率IGBT 驱动和保护电路的原理进行了分析。

提出了一种新的延迟搜索过电流保护实现方法。

采用高速模拟开关器件,可方便地调节保护电路的参数、保护电路动作的电流值、延迟时间、搜索时间及2倍以上过流时的慢速关断时间等。

针对不同的大功率IGBT ,只需进行简单计算就可确定电路参数。

文中给出了详细电路,对正常工作和过流故障时的原理进行了分析。

最后给出了仿真和试验结果。

针对三菱公司的1200V 600A IGBT 设计的实际电路已在某研究所大功率离心机上可靠运行。

关键词:IGBT ;驱动电路;保护电路;大功率中图分类号:TM 301.2文章编号:100020054(2001)0920055204文献标识码:AH igh power IGBT dr ive andprotection c ircu itW EI S a nm in ,L I Fa ha i(D epart men t of Electr ical Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084)Abstract :　T he theo ry of the drive and p ro tecti on circuit of h igh pow er IGBT s w as analyzed to develop a new circuit w h ich searches the over current w ith the allow able ti m e delay to avo id p seudo over current .T he circuit uses high speed analog s w itches so the circuit param eters can be easily designed .Fo r examp le,param eters such as the current to start the p ro tecti on,the delay ti m e to low er the gate vo ltage,the ti m e to shunt off the IGBT at low speed,etc .can be easily set fo r different kinds of IGBT.D etailed circuit,analysis,and si m ulati on results are given .T he circuit wo rks w ell in a h igh pow er centrifuge system using a 1200V 600A IGBT.Key words :　IGBT;drive circuit;p ro tecti on circuit;high pow er 随着全控器件IGB T (In su lated Gate B i po larT ran sisto r )朝着大电流、高电压、快通断、易触发等方向的不断发展,它在大功率变流系统中得到了广泛应用。