IGBT驱动拓扑和基于IR2130的变频器研究.pdfVIP

IGBT驱动拓扑及基于IR2130的变频器研究 唐义良 崔文进 崔玉龙 (河北工业大学天津3∞l∞)(请卑太学北京10(}084)(华北电力太学但定) 擅耍分析了IGBT疆动器的基本电路拓扑形式。针对日前IGBT变颇嚣的疆动电路■要提供多路 疆动电探的块点，提出在IGBT变鞭赫中只需一路疆动电摄的1R2130六■出高压疆动嚣IGBT，简化丁IG- BT变巅嚣的硬件．并培出了IR2130在室瓤嚣中的应用． 美■词1GBT，驱动拓扑·1112130t变囊暮 1概述 目前交流电机变频调速正在广泛普及和发展，而其中电力电子器件及其驱动保护技术 研究是变频器产品工业化的关键，绝缘栅双扳晶体管IGBT是80年代发展起来的新型复合 功率器件，它集中了功率场效应晶体管(MOSFE了)和大功率双极型晶体管(GTR)的优点， 采用电压型驱动，驱动功率小。导通时通态压降小，有关IGBT的驱动和保护研究已有多篇 文献发表，这些驱动保护方法使得IGBT的驱动和保护电路更加实用，但在三相变额器应用 中，由于电路拓扑结构的要求，对商侧和低侧IGBT仍然需要提供多路隔离驱动电源，各个 IGBT驱动电路参数的一致性受到限制，使得硬件非常复杂，降低了变频器的可靠性，本文 路驱动电源，且具有各种保护功能，可直接驱动600V高压系统，克服了常规驱动器需要多 路隔离电源的缺点，大大简化了硬件设计． 2 IGBT驱动电路的分类’ 在变频器应用中，IGBT的驱动电路有多种形式，不臂采用何种驱动电路，应既能驱动 高侧，又能驱动低侧器件，IGBT的驱动信号应具有以下特点． ·栅电压一定要高于漏板电压10～15V，lGBT作为一个高侧开关，基栅电压必定高于 直流干线电压，常常是系统中可能的最高电压I ·源极电阻值较小，栅极电容可快速充放电I ·具有悬浮输出，以便驱动高倒开关} ·允许输入信号为相对地电位的逻辑电平i ·栅极欠压、过压或负载电流超过预定峰值时，栅极信号钳位于低电平，以保护IGBT． 考虑到上述这些约束，目前现有几种技术可实现这种功能，图l示出了这几种电路的基 本电路形式． 2．1浮动栅电源驱动方法 如图la)，每个高压侧IGBT需要一个驱动电源。电平转换电路复杂．电平转换器一定 要承受全电压，开关速度较快，延迟较小，由于采用光电隔离，在带宽和噪声敏感性上受限 制． ——393—— 2．2脉冲变压器方法 如图Ib)，电路简单，成本较低，但当驱动波形的占空比较大时，控制比较复杂，当频率 下降时，变压器尺寸显著增加，明显的寄生效应使得开关波形畸变，开关损耗增加． 2．3载波驱动方法 如图Ic)，通过对振荡器的控制对栅极进行控制，但该控制方法在开关性能上受限制． 2．4自举方法 如图Id)。IGBT器件的一个显著特点是其容性输入特性，即其是通过提供一些电荷给 栅极而开通，而不是提供连续电流，因此隔离电源可由一电容取代，高压侧的IGBT的栅电 荷由自举电容提供，自举电容在器件断态时，通过自举二扳管被一低压源充电，驱动所消耗 的功率很小．该方法简单便宜，但占空比和开启时间受自举电容利新的限制． T叠 ^)停动橱电■疆动 b)脉冲变压嚣驱动 c)麓坡疆动 d)自举疆动 圈l船盯疆动■的基奉电麝骺式 3 IGBT驱动电路的比较 基于上述几种驱动方法IGBT驱动电路已有多种产品和实用电路出现，如早期的I岳 块． EXB系列电路的优点是电路参数一致性好，有防擎住效应的缓关断电路．该电路只有 管压降保护，仅能实现软关断功能，无法记忆和封锁IGBT