【经验】IGBT驱动芯片采用不同硬件互锁电路,保护IGBT异常关断,防止炸机
现代电力电子设备中,随着电压的不断升高和功率的不断增大,IGBT已经成为功率器件的首选。与此同时,IGBT在应用过程中的损坏逐渐得到工程师的关注,并且采取更完善的保护措施来减少IGBT的故障率。图1所示为通用变频器拓扑图。
图1:通用变频器拓扑图
故障描述
从图1我们可以看到,逆变电路通常由三相逆变桥(共6个IGBT)组成,同一相的上下管IGBT的导通方式通常是互补的,即上管IGBT导通的同时,下管IGBT必须是关断状态。那么,如果在特殊情况下,IGBT驱动受到EMI干扰或软件逻辑出现错误时,上下管同时出现高电平,则会出现上下管IGBT直通,导致出现炸机现象。为了避免此类故障的产生,我们通常需要增加硬件互锁电路,防止故障的出现。
解决方案
目前在IGBT驱动电路,我们通常会采用两种驱动芯片——光耦驱动和磁耦驱动,下面分别以RENESAS光耦PS9531L3和PI IDriver驱动SID1182K为例,介绍两种驱动IC的硬件互锁电路的实现方式。
1)Renesas光耦驱动
如果在IGBT驱动电路选用光耦进行驱动,由于光耦的输入端是电流控制发光二极管,实现信号的传递,那么我们可以对上下管的驱动光耦采用输入端直接反并联的方式,实现硬件互锁功能,如图2所示:
图2:Renesas驱动光耦硬件互锁电路
当上管驱动PWM+为高电平、下管驱动PWM-为低电平时,上管驱动光耦内部的发光二极管正向导通,输出高电平驱动上管IGBT导通。此时,下管驱动光耦内部的发光二极管处于反向截止状态,输出为低电平,下管IGBT关断;反之亦然。
2)PI IDriver驱动SID1182K
如果在IGBT驱动电路中采用PI IDriver驱动IC,由于SID1182K的输入端是CMOS电平输入,通过磁耦合方式实现信号传递,我们需要在信号输入端采取三极管下拉的方式实现硬件互锁功能,如图3所示:
图3:PI IDriver驱动SID1182K硬件互锁电路
当上管驱动PWM+为高电平,上管驱动GH管脚输出高电平驱动上管IGBT导通。此时,PWM+驱动上管下拉三极管导通,将PWM-钳位至低电平,下管IGBT关断;反之亦然。
由以上分析可知,Renesas驱动光耦和PI IDriver驱动分别可以采用不同的硬件互锁电路,实现对IGBT上下管驱动电平的硬件互锁,从而保护IGBT在异常情况下能够可靠关断,不会出现上下管直通现象,防止炸机故障的产生。
相关技术文档:
Renesas PS9531/PS9531L1/PS9531L2/PS9531L3 IGBT驱动光耦数据手册 详情>>>
PI SID11x2K SCALE-iDriver门极驱动芯片数据手册 详情>>>
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