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IGBT的保护电路
首先是过流保护措施,IGBT的短路电流的大小与栅极电压有关,在实际应用中,可以通过减少栅极电压来降低短路电流或延长承受短路电流的时间。在电磁振荡过程中,其振荡频率为30KHz~40KHz,在一个周期中,IGBT开通的时间大概是15~25s。当发生过流情况时,IGBT的C、E两端的电压会升高,使得D7相当于断开了,这个时候IGBT为导通的,B点电压为15V,二极管D6导通,然后通过R6,R7为电容器C1充电,如果过流时间超过2s后,C点的电压使得稳压二极管D5导通,导致Q3处于导通状态,在电路中选用的稳压二极管D3为10V的,这样由于D3的钳位作用,这样有效地降低了IGBT的栅极电压VGE,根据IGBT的驱动特性,可以延长IGBT的短路电流的承受时
间。
图2 电磁振荡电路图
在电磁振荡电路中,IGBT开启的时间很短,采取这样降低栅极电压的方法可以有效地保护器件。 通过对接的两个稳压二极管可以有效低钳位D点的电压不能超过15V,在D点与地线之间接上一个几十K电阻在IGBT关断的时候,二极管D4导通,则此时栅极电阻RG则相当于是R1与R2两个电阻并联的电阻,这样使得栅极电阻RG更小,这样可以有效地起到集电极电流变化过大保护作用。此外在绘制PCB时,在加粗地线的同时得注意驱动电路与IGBT栅极、发射极之间的距离,尽量减
小栅极与发射极的等效电感。
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图3 电磁振荡过程中的一些重要信号波形
图4 把驱动电压与反馈电压合成的效果图
IGBT在电磁振荡中的应用
图2为电磁振荡的原理图,其中包括电源主回路、同步电路、脉宽调制电路、IGBT的驱动保护电路。其中IGBT的驱动保护电路是采用的图1的方案。在完整的电磁振荡电路中还包括电源电路、电流负反馈电路、过压保护电路、以及单片机控制电路。
主回路中,IGBT受到的驱动信号为近似矩形的脉冲,当IGBT导通的时候,励磁线圈L2的电流急剧增加,能量以电感的电流形式保存起来,当IGBT截止时,励磁线圈L2与电容C3的并联回路发生谐振,电压可以超过1000V。驱动矩形脉冲信号的脉宽决定了电磁振荡工作的功率,但是这个宽度是通过同步电路和脉宽调制电路共同决定的。
同步电路必须准确监视主回路工作状况,当IGBT的集电极电压下降接近0V时,励磁线圈中电流正在反向减小,通过脉宽调制电路输出一个触发脉冲,通过同步电路和脉宽调制电路组成的电路可以使驱动脉冲再次加到IGBT的栅极,强行使IGBT导通。
在脉宽调制电路中,通过改变Vref电平的值,可以控制功率,它是由单片机输出与电流负反馈信号共同决定的。IC1和IC2为快速比较器LM319。如图2中所示,当V3>Vref时,比较器的输出端相当于开路,通过外接上拉电阻,可以得到高电平,从而驱动IGBT导通,而当V3
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器的输出口相当于接地,输出为低电平。
如图2为电磁振荡电路原理图,当220V的交流电经过硅桥(B