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电力电子_解析目前目前绝缘栅器件驱动技术发展现状
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zgdldzcyw 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2012-09-17 15:00:07 楼主

电力电子_解析目前目前绝缘栅器件驱动技术发展现状

 VMOS场效应管(以及IGBT绝缘栅双极性大功率管等器件)的源极和栅极之间是绝缘的二氧化硅结构,直流电不能通过,因而低频的静态驱动功率接近于零。但是栅极和源极之间构成了一个栅极电容Cgs,因而在高频率的交替开通和关断时需要一定的动态驱动功率。小功率VMOS管的Cgs一般在10-100pF之内,对于大功率的绝缘栅功率器件,由于栅极电容Cgs较大,在1-100nF,甚至更大,因而需要较大的动态驱动功率。更由于漏极到栅极的密勒电容Cdg,栅极驱动功率是不可忽视的

开关电源中大功率器件驱动电路的设计一向是电源领域的关键技术之一。普通大功率三极管和绝缘栅功率器件(包括VMOS场效应管和IGBT绝缘栅双极性大功率管等),由于器件结构的不同,具体的驱动要求和技术也大不相同。前者属于电流控制器件,要求合适的电流波形来驱动;后者属于电场控制器件,要求一定的电压来驱动

  无源方法就是用变压器次级的输出直接驱动绝缘栅器件,这种方法很简单,也不需要单独的驱动电源,但由于绝缘栅功率器件的栅源电容Cgs一般较大,因而栅源间的波形Vgs将有明显变形,除非将初级的输入信号改为具有一定功率的大信号,相应脉冲变压器也应取较大体积。

  有源方法中的变压器只提供隔离的信号,在次级另有整形放大电路来驱动绝缘栅功率器件,当然驱动波形好,但是需要另外提供隔离的辅助电源供给放大器。而辅助电源如果处理不当,可能会引进寄生的干扰。

  自给电源方法的已有技术是对PWM驱动信号进行高频(1MHz以上)调制,该信号加在隔离脉冲变压器的初级,在次级通过直接整流得到自给电源,而原PWM调制信号则需经过解调取得,显然,这种方法并不简单, 价格当然也较高。调制的优点是可以传递的占空比不受限制。

  分时式自给电源是北京落木源公司的创新技术,其特点是变压器在输入PWM信号的上升和下降沿只传递PWM信息,在输入信号的平顶阶段传递驱动所需要的能量,因而波形失真很小。这种技术的缺点是占空比一般只能达到5-95%。

  市场上的驱动器产品简介

  当前市场上的成品驱动器,按驱动信号与被驱动的绝缘栅器件的电气关系来分,可分为直接驱动和隔离驱动两种,其中隔离驱动的隔离元件有光电耦合器和脉冲变压器两种。

  不隔离的直接驱动器

  在Boost、全波、正激或反激等电路中,功率开关管的源极位于输入电源的下轨,PWM IC输出的驱动信号一般不必与开关管隔离,可以直接驱动。如果需要较大的驱动能力,可以加接一级放大器或是串上一个成品驱动器。直接驱动的成品驱动器一般都采用薄膜工艺制成IC电路,调节电阻和较大的电容由外引脚接入。

  目前的成品驱动器种类不少,如TI公司的UCC37XXX系列,TOSIBA公司的TPS28XX系列,Onsemi公司的MC3315X系列,SHARP公司的PC9XX系列,IR公司的IR21XX系列,等等,种类繁多,本文不作具体介绍,读者可查阅相关资料。

  调制驱动器,除无需用户提供辅助电源外,还具有隔离电压高的特点,但是价格较高。

  变压器隔离、分时式自给电源驱动器

  分时式自给电源驱动器产品的优点是:价格便宜,大中小功率的电源都可应用;驱动器自身不需要单独的供电电源,简化了电路;输出驱动脉冲的延迟很少,上升和下降沿也相当陡峭;工作频率较高;并且可在占空比5-95%的范围内工作。

  分时式自给电源驱动器的缺点是:当工作频率较低时变压器的体积较大,厚膜化困难,由于自给电源提供的能量有限、难以驱动300A/1200V以上的IGBT。

  TX系列驱动器介绍

  本公司共有七个系列的IGBT、MOSFET驱动器产品,其中五个系列的驱动器产品,一个系列的驱动板产品,一个系列的驱动用电源产品。

  TX-KA系列IGBT驱动器

  采用高速光电耦合器隔离,保护措施比较完备,具有信号封锁功能,可以最大限度地保护IGBT。其中多个型号与国外产品兼容。KA101具有完善的三段式短路保护。

  TX-KB系列IGBT驱动器

  采用变压器隔离,工作频率比较高,具有较完善的保护功能,具有信号封锁功能。

  TX-KC系列IGBT驱动器

  保护功能比较完善,具有信号封锁功能,采用变压器隔离,次级采用分时自给电源,无需用户提供隔离电源。

  TX-KD系列IGBT驱动器

  种类较多,采用变压器隔离,次级采用分时自给电源,占空比可达5-95%,使用方便,价格较低廉,能驱动各种单管和半桥、双正激、同步整流电路中的双管,但一般不适用于很低频率的情况。

  TX-KE系列MOSFET、IGBT驱动器

  变压器隔离,采用调制技术,次级采用调制式自给电源,无需用户提供隔离电源;PWM开关信息通过调制传递到次级。工作频率范围宽,占空比可在0-100%之间。

  驱动板系列

  集成了驱动器及其外围元器件,(以及辅助电源),配合用户的主控板和功率器件,构成完整的电源系统,最大可驱动1000A以上的IGBT。板上辅助电源有AC/DC、DC/DC和自给电源等多种型式。

  驱动电源

专为驱动器配套,隔离电压高,有AC/DC,也有DC/DC。

本文转载自中国电力电力电子产业网  http://www.p-e-china.com

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ynpacemaker 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2013-01-08 10:24:30 1楼
 

PHVDREVB65-X高压板使用手册
PHVDREVB65-X是专门为6500V高压IGBT模块设计的即插即用型高压大功率IGBT驱动板。当然,PHVDREVB65-X也可驱动3300V、2500V和1700V的大功率IGBT模块。驱动板支持IGBT并联模式和串联工作模式,并提供串并联模式选择跳线开关和并联信号输出接口。 

PHVDREVB65-X驱动板实物相片
PHVDREVB65-X高压驱动板采用光钎驱动,内部集成高压隔离的DC/DC电源,具备过流和欠压保护功能。

PHVDREVB65-X主要技术指标

开关频率从0150KHZ

占空比:0100%

适用IGBT阻断电压:6500V

额定输入电压:15V±0.5V

最大驱动电流:±20A±32A

* 内置DC/DC功率:6W10W

* 额定驱动电压:+15V/-15V
            * 操作温度范围: -40℃~+85

PHVDREVB65-X特性指标标:

     型号

指标

PHVDREVB65-620

PHVDREVB65-1032

IGBT阻断电压VCE

6500V

6500V

最大开关频率fmax

150kHz

150kHz

隔离电压AC,RMS,10S

15kV

15kV

供电电压

15V

15V

输出峰值电流

±20A

±32A

隔离DC/DC功率

6W

10W

开通延迟时间

110nS

110nS

关断延迟时间

100nS

100nS

     PHVDREVB65-X驱动板和所对应的IGBT模块外形图


应用


PHVDREVB65-X高压驱动板可广泛应用于各种高压变频器、高速铁路电机驱动、铁路供电系统以及功率变换器等动力工程。

信号逻辑关系:

PHVDREVB65-X输入光线点亮时驱动输出为高,光钎发射器正常为点亮状态,故障时为熄灭状态,直至故障回复后重新点亮。

驱动板具备输入脉冲确认功能,即每输入一个有效的脉冲信号,驱动板都会回复一个确认信号。确认的回复方式是:每输入一个有效的脉冲信号信号,光钎发射器熄灭一次,熄灭的时间为0.5 uS。

连接器引脚定义:

          引 脚

连接器编号

1

2

3

4

5

XS1

15V

15V

GND

GND

电源

电源

XS2

/SO

IN

GND

故障输出

并联驱动信号

输入/输出

PHVDREVB65-X电路原理图如下图所示:


PHVDREVB65-X电路原理图

PHVDREVB65-X工作模式设置:

PHVDREVB65-X高压驱动板可通过板上的跳线SW1设置工作模式,驱动板默认为单管独立工作模式。如果短接SW1,则驱动板处于并联工作模式或是串联工作模式。并联工作模式时主驱动板和副驱动板可以通过并联驱动接口XP2将驱动信号和故障信号连通。    

PHVDREVB65-X故障保护模式:

PHVDREVB65-X在发生过流保护或是欠压保护时,驱动板默认的保护模式是:立即输出-15V关闭IGBT模块,同时将故障信号通过光钎发射器将故障信号发送给用户控制器,直至故障封锁时间过去。PHVDREVB65-X的故障封锁时间约为:200mS。

但是如果将SW1短接,则发生过流保护或是欠压保护时,驱动板并不立即关闭IGHBT模块,只是将故障信号通过光钎发射器将故障信号发送给用户控制器,由客户的控制器关闭驱动信号。

短接SW1主要用于IGBT串联工作模式,为了避免因其中一只IGBT模块关闭而导致串联的另外一只IGBT过压损坏。串联工作模式时,驱动板不立即关闭IGBT,而只是将故障信号送至客户的控制器,由控制器同时关闭两块驱动的驱动信号。


        

PHVDREVB65-X 驱动板外形尺寸图(单位:mm) 

PHVDREVB65-X可直接应用于INFINEON以及ABB等公司生产的6500V大功率IGBT模块。

QQ:286400845

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caoxiangqiang 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2013-01-08 18:01:34 2楼
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