有幸见识到2000A大功率IGBT驱动,再把我十几年前一直使用的正弦波程序,打磨了一翻,主芯片为大家熟悉的PIC16F716,终于出来了这款正弦波大功率IGBT模块控制2000A驱动板。欢迎大家实验见证, 谢谢!同时也感谢寿老师的好贴子,给了我很大启发;大功率IGBT二手市场货源好便宜,二次利用经济实惠,很轻易实现10KW以上的大功率正弦波输出。
正弦波大功率IGBT模块控制驱动板,实际上是逆变器的后级DC转AC部分,把前级的高压直流转变成交流220V输出的装置。
现在市场上,拆机大功率的IGBT太多了,功率大价格便宜,我想利用这些好的资源,制作一款大功率正弦波逆变器,要想利用好这些大功率IGBT做逆变器,正弦波控制板要注意两点,工作时的死区时间和工作时的开关频率,这两点很致命。本控制板死区时间250ns为基准档位,一直到10us任意可控制,可以适应于不同大小的IGBT模块使用,本板控制为2.0us,再就是载波频率SPWM为16.000KHz,控制板带50Hz/60Hz切换,带开关机控制,带LCD12864直接显示等,板子尺寸:15*6.5cm
先上原理图:
本控制板的稳压方式,采用的是正弦峰值稳压,电压瞬时值反馈和有效值反馈结构的,双闭环控制方式。外环电压有效值反馈,使系统稳态时尽可能实现输出无静差,内环采用瞬时值反馈,保证系统获得优良的动态性能,二者各司其职,共同协作。
本人为何选择正弦峰值稳压,是因为暂态闭环响应速度快,对母线电压的变化和输出负载的变化,瞬态响应均快,控制环线路简单,控制环易于控制。另外瞬时峰值的电压,是内在固有的逐个峰值波一一对应控制。
普通的取样稳压就不一样了,取样信号需要整流和电容滤波,需要平滑的直流输入,在整流滤波过程中会有一个很长的时间差,这样就大大延迟了应该稳压的时间点,就会造成输出电压的忽高忽低,稳压总是有延后的现象,稳压不真实。所以正弦波峰值稳压方式,是对每个一一对应的峰值波形,逐个控制,真实,响应速度快,控制非常精准;如果除开输出线路中的压降,可以真正做到输出电压纹丝不动。
正弦波大功率IGBT模块控制驱动板,驱动是参照了650KW的SPWM大功率驱动,一模一样照搬,本人有幸碰到,大家请看图
这IGBT驱动功率够大,每一路采用4只450A的IGBT并联使用,驱动能力已达到2000A以上。
316J驱动说明:
IGBT在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。IGBT集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体,具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。
但是,IGBT和其它电力电子器件一样,其应用还依赖于电路条件和开关环境。因此,IGBT的驱动和保护电路是电路设计的难点和重点,是整个装置运行的关键环节。
为解决IGBT的可靠驱动问题,国外各IGBT生产厂家或从事IGBT应用的企业开发出了众多的IGBT驱动集成电路或模块,如国内常用的日本富士公司生产的EXB8系列,三菱电机公司生产的M579系列,美国IR公司生产的IR21系列等。但是,EXB8系列、M579系列和IR21系列没有软关断和电源电压欠压保护功能,而惠普生产的HCLP一316J有过流保护、欠压保护和1GBT软关断的功能,且价格相对便宜,因此,本文将对其进行研究,并给出1700V,200~300AIGBT的驱动和保护电路。
1、IGBT的工作特性
IGBT是一种电压型控制器件,它所需要的驱动电流与驱动功率非常小,可直接与模拟或数字功能块相接而不须加任何附加接口电路。IGBT的导通与关断是由栅极电压UGE来控制的,当UGE大于开启电压UGE(th)时IGBT导通,当栅极和发射极间施加反向或不加信号时,IGBT被关断。
IGBT与普通晶体三极管一样,可工作在线性放大区、饱和区和截止区,其主要作为开关器件应用。在驱动电路中主要研究IGBT的饱和导通和截止两个状态,使其开通上升沿和关断下降沿都比较陡峭。
2、IGBT驱动电路要求
在设计IGBT驱动时必须注意以下几点。
1)栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响,必须正确选择。当正向驱动电压增大时,.IGBT的导通电阻下降,使开通损耗减小;但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流IC随UGE增大而增大,可能使IGBT出现擎住效应,导致门控失效,从而造成IGBT的损坏;若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域,使IGBT过热损坏;使用中选12V≤UGE≤18V为好。栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通,一般负偏置电压选一5V为宜。另外,IGBT开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值,使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。
2)IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率,减小开关损耗。但在大电感负载下IGBT的开关频率不宜过大,因为高速开通和关断时,会产生很高的尖峰电压,极有可能造成IGBT或其他元器件被击穿。
3)选择合适的栅极串联电阻RG和栅射电容CG对IGBT的驱动相当重要。RG较小,栅射极之间的充放电时间常数比较小,会使开通瞬间电流较大,从而损坏IGBT;RG较大,有利于抑制dvce/dt,但会增加IGBT的开关时间和开关损耗。合适的CG有利于抑制dic/dt,CG太大,开通时间延时,CG太小对抑制dic/dt效果不明显。
4)当IGBT关断时,栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰,使栅射电压引起器件误导通,为防止这种现象发生,可以在栅射间并接一个电阻。此外,在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰,*好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管,其稳压值应与正负栅压相同。
各引脚功能如下:
脚1(VIN+)正向信号输入;
脚2(VIN-)反向信号输入;
脚3(VCG1)接输入电源;
脚4(GND)输入端的地;
脚5(RESERT)芯片复位输入端;
脚6(FAULT)故障输出,当发生故障(输出正向电压欠压或IGBT短路)时,通过光耦输出故障信号;
脚7(VLED1+)光耦测试引脚,悬挂;
脚8(VLED1-)接地;
脚9,脚10(VEE)给IGBT提供反向偏置电压;
脚11(VOUT)输出驱动信号以驱动IGBT;
脚12(VC)三级达林顿管集电极电源;
脚13(VCC2)驱动电压源;
脚14(DESAT)IGBT短路电流检测;
脚15(VLED2+)光耦测试引脚,悬挂;
脚16(VE)输出基准地。
HCPL-316是一款简单易用的智能型IGBT驱动光耦,集成了VCE饱和压降检测,欠压锁定,软关断以及隔离故障反馈输出。
对于316J的说明资料,网络上很多,大家多多了解