基于M57962AL的IGBT驱动电路

摘 要:IGBT广泛应用在电力电子行业中,市场上也出现了众多IGBT模块的驱动集成电路,有些驱动集成电路还带有短路保护等功能,减少了IGBT驱动电路的设计工作量,方便了IGBT的应用。本文简要的介绍了一种将日本ISAHAYA株式会社生产的M57962AL作为驱动电路主要器件的IGBT驱动电路。

关键词:IGBT驱动M57962AL

中图分类号:TM7文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)07(a)-0072-01

绝缘栅双极型晶体管IGBT是80年代中期问世的一种复合型电力电子器件,从结构上说,相当于一个由MOSFET驱动的厚基区BJT,既有MOSFET的快速响应、高输入阻抗、热稳定性好、驱动电路简单的特性,也具备BJT的电流密度高、通态压降低,耐压高的特性,被广泛的应用于电力电子设备中。IGBT的开关特性与功率MOSFET基本相同,驱动信号前后沿越陡,IGBT的开关时间就越短。

M57962AL是日本ISAHAYA株式会社生产的一种IGBT驱动集成电路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules简称HIC),应用在N沟道IGBT模块的驱动电路中。M57962AL的输入与输出实现了光电隔离,耐压Viso达到2500Vrms(60s)。M57962AL具有IGBT短路保护功能,在发生短路故障时从M57962AL第8管脚输出一个低电平故障信号,同时降低第5管脚输出的驱动电压。M57962AL开关频率最高可以达到20kHz,tPLH不超过1ms,tPHL不超过1.3ms,tr和tf都不超过1ms,是一个比较理想的高速驱动电路。M57962AL可驱动600V/1200V的IGBT模块,电流分别可以达到600A/400A。

M57962AL可采用单电源供电或双电源供电,图1为使用M57962AL驱动GA150LD120ST模块的电路图,采用双电源+15V,-9V供电方式。使用-9V作为关断电压,提高了抗干扰能力,确保可靠关断,保证了电路可靠工作。在图1电路中,R3=2Ω,C1=1nF,C2=C3=100nF,E1=E2=100mF,Z1=Z2=Z3=30V。R3起到栅极电阻Rg的作用。R3较小时,可减少IGBT开关时间,降低开关损耗,但R3过小将导致IGBT集电极di/dt增大,由此产生的较高尖峰电压可能损坏IGBT;R3较大时,则正好相反,降低了尖峰电压值,但也造成IGBT开关损耗增加。在本电路中R3取2Ω。

在正常工作情况下,M57962AL管脚5根据管脚13、14的输入电平而改变输出电平。在输出高电平情况下,Q1导通,Q2关断,IGBT门极处的电压为+15V,进入开状态;输出低电平情况下,Q2导通,Q1关断,IGBT门极处的电压为-9V,进入关状态。在实际电路中试验,控制信号开关频率达到20KHZ情况下使用示波器捕捉IGBT门极的电压波形进行观察,确认驱动电路满足了IGBT驱动要求,工作正常。

在发生短路故障情况下,M57962AL管脚1用作短路检测,短路发生时或流过IGBT电流过大时,IGBT的集电极电压上升,当集电极电压超过15V,M57962AL进入保护状态,故障输出管脚8输出低电平,同时驱动输出管脚5电平下降,Q2导通,IGBT关断。管脚2通过电容C1连接到+15V。C1电容大小将决定ttrip大小。如不接电容C1,ttrip=2.6ms;C1越大,ttrip也越大,短路保护的动作时间越长。短路保护发生后1～2ms,输入信号为低时M57962AL将复位,重新进入下一轮短路检测,管脚8将恢复高电平。如果短路故障消失,M57962AL将恢复正常工作状态,如果故障依然存在,将再次进入短路保护状态。在故障一直存在的情况下,管脚8将出现连续的脉冲信号,周期1～2ms。因为管脚8与IGBT是没有实现光电隔离的,为了安全起见,管脚8的输出通过光耦U1光电隔离后将信号送出。

M57962AL作为一个IGBT的驱动集成电路,其周边电路并不复杂。而且自带的短路保护功能,降低了IGBT损坏风险,相应提高了系统可靠性。目前使用在我司的风力发电机控制整流逆变一体机中,工作状况良好。

参考文献

[1]邱关源.电路[M].高等教育出版社, 2000.

[2]周明宝,翟文龙.电力电子技术[M].机械工业出版社,1997.

[3]M57962AL Hybrid IC for driving IGBT modules DATASHEET,ISAHAYA株式会社.

[4]王永,沈颂华.一种简单的IGBT驱动和过流保护电路[J].电测与仪表,2004(41).