IGBT驅(qū)動(dòng)器的電流隔離
發(fā)布時(shí)間:2021-08-13 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】通常,以以下方式描述IGBT(絕緣柵雙極晶體管):“ IGBT是場效應(yīng)晶體管和雙極晶體管的組合,其中N溝道FET控制雙極晶體管”。盡管這句話很好地描述了基礎(chǔ)知識(shí),但在高功率范圍的IGBT應(yīng)用中,IGBT控制電路的復(fù)雜性實(shí)際上要比控制小MOSFET時(shí)要高得多。
通常,以以下方式描述IGBT(絕緣柵雙極晶體管):“ IGBT是場效應(yīng)晶體管和雙極晶體管的組合,其中N溝道FET控制雙極晶體管”。盡管這句話很好地描述了基礎(chǔ)知識(shí),但在高功率范圍的IGBT應(yīng)用中,IGBT控制電路的復(fù)雜性實(shí)際上要比控制小MOSFET時(shí)要高得多。例如,MOSFET的控制通常稱為空載,因?yàn)镸OSFET所需的開關(guān)電流通常可以忽略不計(jì)。
對(duì)于功率IGBT,這毫無疑問,因?yàn)榭刂仆ǔP枰獛淄咛?。此外,在這種情況下,不再容易忽略需要重新加載的內(nèi)部電容,而這些電容在小型MOSFET的控制中幾乎不起任何作用。
正確的,最重要的是,對(duì)IGBT的有效控制是一個(gè)復(fù)雜的過程,為此,需要將驅(qū)動(dòng)器調(diào)諧至IGBT。此外,大多數(shù)現(xiàn)代IGBT驅(qū)動(dòng)器提供保護(hù)電路和安全功能,以便在出現(xiàn)故障的情況下為IGBT提供保護(hù),否則通常會(huì)導(dǎo)致IGBT完全損壞。
在存在較高反向電壓的情況下,必須對(duì)輸入電路(低壓)和輸出電路(高壓)進(jìn)行電壓隔離。輸出電路直接連接至高壓IGBT,而輸入電路則提供至控制電子設(shè)備的接口(圖1)。圖2顯示了具有光學(xué)控制功能的2通道IGBT驅(qū)動(dòng)器板。
IGBT的電隔離控制
在幾乎所有IGBT應(yīng)用中,控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器電路之間的電隔離都是必不可少的。傳輸電隔離的控制信號(hào)和反饋信號(hào)(錯(cuò)誤信號(hào))有三種可能性:
感應(yīng)耦合
電容耦合
光學(xué)耦合
盡管很少使用電容性解決方案,但電感耦合和光耦合解決方案卻被廣泛使用。在中低電壓的情況下經(jīng)常使用光耦合器,而在較高的反向電壓(> 1200 V)下使用變壓器和光纖。由于在光信號(hào)傳輸?shù)那闆r下無法傳輸足夠的功率以用于控制電子設(shè)備和IGBT控制,因此幾乎總是使用變壓器解決方案進(jìn)行功率傳輸。因此,變壓器被用于傳輸控制和反饋信號(hào),特別是在中高壓范圍內(nèi)。從理論上講,該解決方案即使在更高的電壓下也適用,但是隨著電壓的升高,變壓器的空間要求也隨之提高,因此仍要考慮最小的電氣間隙和爬電距離。
因此,在較高的反向電壓(> 1200 V)下,光傳輸可以證明其優(yōu)勢。如圖3所示,根據(jù)IEC 664-1:1992標(biāo)準(zhǔn),在較高電壓下,指定的最小距離為幾厘米。這樣的距離對(duì)于光纖耦合來說是非常短的環(huán)節(jié)。然而,電感耦合或什至電容耦合已經(jīng)可以代表相當(dāng)大的支出,并且在板上需要很大的空間。表1再次總結(jié)了每種解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。
表格1。電隔離方法
光纖
在高壓系統(tǒng)中,通常使用光纖連接來傳輸控制信號(hào)以及狀態(tài)和錯(cuò)誤信號(hào)。與所有其他隔離技術(shù)相比,明顯的優(yōu)勢是理論上可以在可實(shí)現(xiàn)的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無限隔離。從技術(shù)上講,通過使用波長為850nm或1310nm的多模光纖(MM)或單模光纖(SM),幾公里的傳輸不會(huì)出現(xiàn)問題。但是更頻繁的是,僅需要傳輸幾英尺甚至幾英寸,并且在此已證明聚合物光纖(POF)和650nm波長的傳輸是最佳的。使用POF不僅提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案,而且與MM和SM光纖相比,使用POF更加容易處理和準(zhǔn)備電纜。
使用光纖進(jìn)行傳輸?shù)牧硪粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)是,光傳輸路徑完全不受電磁輻射的影響。因此,如工業(yè)環(huán)境中常見的那樣,如果將纖維放置在強(qiáng)電磁輻射部件附近,則根本沒有問題。
如果所需的隔離電壓僅為幾千伏,則也可以使用短連接作為替代。這些設(shè)備具有光纖連接的優(yōu)點(diǎn),但可以直接安裝在板上,不需要任何組裝。此處的間隙是機(jī)械規(guī)定的。這種短鏈路的一個(gè)示例是AVAGO Technology的HFBR-3810Z,如圖4所示。
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