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试验中,我们选择Cbmax=470nF,此时截止时间为33. 65ms。需要说明的是,通过调整19脚的外接电阻的阻值,可以调整检测的门限电平。

2. 4IGBT的串联

(1)串联IGBT电压均衡

串联IGBT工作的一个重要方面是对由于器件的离散特性与驱动电路的不匹配在器件两端引起的静态和动态不均衡。

静态均衡可以在IGBT的C、E两端并联阻值较大的电阻R4来实现,如图4所示。通过并联电阻的分压,保证在IGBT关断期间每只IGBT两端的电压相等。该电阻必须参考IGBT的漏电流,在此基础上进行合适的选择,要使流过分压电阻的电流比IGBT的最大漏电流大若干倍,同时要注意均压电阻的阻值不能过分小,以免增加功率损耗。

动态均压电路由图4中的D1、R1、C1组成。在IGBT开始关断或开始导通时,由于IGBT导通的离散性,必然有个别IGBT提前导通或提前关断,在迟后导通和提前关断的IGBT两端,必然会产生尖峰电压,在IGBT的两端通过D1并联电容C1,使尖峰电压必须先对C1充电,这样IGBT两端的尖峰电压的上升速度受到C1的限制,并可由并联在每个IGBT两端的C1分压,由C1实现对动态尖峰电压的均衡。在IGBT导通期间,由于D1的单向导电特性, C1通过R1、IGBT将储存的电荷放掉,以便吸收IGBT下次关断时产生的浪涌电压。选择R1时要考虑C1的放电时间常数,确定合适的阻值。

图4IGBT的均压电路

对于串联IGBT来说,其动态不均压最为严重的情况是由于IGBT导通延迟时间的差异引起的,在动态均压效果良好的情况下, IGBT上的电压变化将受到C1的限制。设每个IGBT能够承担的额外的电压能力为△UIGBT,在串联IGBT未完全导通时刻回路中的电流(可用IGBT完全导通时刻回路中的放电电流代替)是I,设该IGBT相对于其它IGBT的导通迟后的时间是△t,则均压电容C1应满足下式要求:

C1=I△t/△UIGBT而△UIGBT=VIGBT-UN/n

VIGBT是IGBT的额定工作电压,UN是串联IGBT的工作电压,n是IGBT的串联数量。根据上式可求出均压电容C1,对R1的取值既要保证3R1C1≤脉冲宽度τ,以便在脉内使电容C1上的电荷通过R1放完,同时还要使其起到限流作用,即尽量取得大一些。

(2)串联IGBT的保护

在多只IGBT串联时,将IGD515EI的34脚(SD-SOA)应接入+5V。这样,即使某个IGBT发生故障,故障的IGBT也不会提前关断,而是将故障信号通过光纤送给控制电路,由控制电路关断所有IGBT的驱动信号,所有的IGBT同时关断,即使在出现故障的情况下也要保证串联IGBT关断的一致性。

为了防止IGBT栅极过压,采用如图1中D1、D2背对背15V稳压管。为了防止IGBT过热,在IGBT的散热器上加温度继电器。同时,采用互感器检测通过IGBT的电流,检测的信号送至比较器与设定的电平值相比较。电流超过设定值时就输出过流信号,由控制电路关断IGBT的驱动信号。

2. 5IGD515EI使用的注意事项

(1) 10脚VCC与9脚GND之间的电容量不能比23脚Cs端与24脚COM端之间的电容容量小,并且该电容容量要小于250μF。

(2) IGD驱动器同功率管之间连线应该尽量短,不能超过10cm。连接每个功率管栅极、发射极,测量脚(漏极,集电极)的引线应采用绞合线。

(3)尽量减小电路的寄生电感。在我们设计的调制器中,将驱动电路和均压电路设计成印制板,直接安装在IGBT的管脚上,这样可减小由于分布电感引起的反电势过大现象。

(4)光纤发射端的限流电阻取值要合适,如果限流电阻偏大,光纤发射电流不够,次级有毛草,影响模块的输出脉冲。

(5)模块25脚G外接的限流电阻不宜太小(不能小于1Ω),视所驱动的功率管决定。

(6)当给模块提供+15V电源、无驱动信号时,IGBT的G、E之间是-15V电平。正常工作时, IGBT的G、E之间脉冲如图5所示。

图5IGD515EI输出的IGBT驱动波形

3试验结果

最初我们使用2只IGBT模块串联作为刚管调制器的放电开关,工作电压为2kV,前沿0. 2μs,波形如图6所示。该调制器连续工作数十小时,输出波形稳定可靠,证明驱动电路参数选择合理。将取得经验和试验数据应用于10只IGBT串联,工作于8kV的刚管调制器中也取得了良好的效果,其波形与图6类似。

图6调制器输出电压波形(500V/p, 5μs/p)

关键词： 大功率 IGBT模块 调制器 驱动电路 IGD515EI