igbt驱动电路范文第1篇

关键词：IGBT； VLA517； 驱动电路； 保护电路

中图分类号：TG434.1 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2013）11-179-001

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种新型复合型器件。它具有高输入阻抗、低导通压降、热稳定性好、驱动电路简单、耐压高等几个方面的优点。IGBT专用高速驱动器VLA517是常用的集成驱动电路，它是EXB841的改进型。

一、VLA517的工作原理剖析

VLA517是IGBT 驱动专用模块，它由放大电路、过流保护、5V基准电压和输出等部分组成。工作电压为+20V，采用高速光耦实现隔离。其结构和工作原理如下。

（一）导通过程

（二）关断过程

（三）过流保护动作

（一）降低过流保护的阈值

在快速恢复二极管后面串接相同规格的二极管，其个数根据保护阈值而定，或者反相串接一个稳压管[2]，以保证在IGBT轻度过流时，就能发现并有效地关断。连接电路如图2所示，。该电路是在快恢复二极管后串联了一个3V的稳压管IN4727，以降低过流保护的阈值。

（二）VLA517内部1号和9号管脚内的稳压二极管易损问题的解决办法

VLA517的管脚1和9间的稳压二极管VZ2的额定功率为0.5W，易于损坏[3]。VZ2损坏以后，1号管脚将悬空。通过设计外部电路，可以避免VZ2的损坏。具体做法是在VLA517的管脚2和9之间串接一个电阻和一个稳压管，利用IN4733向IGBT的E极提供的5V电位。这样，即使VZ1已损坏，VLA517仍然可以正常使用，只需更换VZ1即可。如图2所示，C2和R3构成吸收回路。

图2 改进后的VLA517的驱动电路图

总之，通过降低过流保护阈值，确保了IGBT的安全性；通过外加电路改造了VLA517，使稳压管损坏后便于更换，因而降低了成本，使用更安全、可靠。改进后的电路已经用于配电网单项接地的故障信号源的发生器中。

参考文献：

[1]陈长江IGBT驱动保护电路EXB841的应用研究[J]武汉船舶职业技术学院学报，2004，（4）：22-23

igbt驱动电路范文第2篇

关键词：有源电压钳位；电动汽车；门极驱动电路；IGBT短路保护；电压尖峰抑制

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.015

要采用更大功率的电机和更大功率的IGBT模块。在同样功率情况下，母线电压越高，系统的额定电流越小，系统的损耗也越低，同时还可以减小导线截面积，从而减轻车重。因此，在系统承受的范围内采用较高的母线电压成为电动汽车开发的方向。

此外，在刹车能量回收、发电机发电工作等工况下，系统往往工作于超过额定母线电压的工况下。尤其是为了尽量回收下坡时电动汽车的重力势能，系统往往工作在允许的最高电压状态。然而IGBT关断时产生的Vce电压尖峰叠加在上述较高的母线电压上（见图1)，有超过IGBT耐压值导致IGBT过压失效的风险。这也是IGBT失效的最典型的原因之一。

因此，为满足电动汽车及混合动力汽车较高母线电压下工作的需要，在IGBT关断使Vce接近耐压值时对电压尖峰的抑制是非常必要的。

有源电压箝位方案的优势

IGBT关断电压尖峰是由系统寄生电感和关断电流变化率决定的，计算公式如下：

Vs=Ls * di/dt

Ls表示系统寄生电感，di/dt表示关断时流过IGBT的电流变化率，在系统设计方面通常采用叠层母排技术尽量减小寄生电感，增加并联在母线上的吸收电容等方式减小关断尖峰。在驱动电路方面抑制电压尖峰的方式也

复时间只有15ns，反向电压为200V的ES1D。为了凸显有源电压箝位电路的抑制电压尖峰能力，关断电阻选用了数据手册中的标称值0.8欧姆，实际电路考虑其他综合因素该值会更大一些，如2.2欧姆左右。源电压箝位的保护效果，如图8a和8b。紫色C3为门极电压波形Vge，绿色线C4为集电极电流波形Ic，蓝色线C2为电压波形Vce。

图8a是不使用有源电压箝位功能时的短路测试。由测试结果可见，母线在275V左右发生短路，关断电压尖峰为626V，已经接近HybridPACK2的650V耐压限值（blocking voltage)。

图8b是加上基本有源电压箝位电路后进行的短路测试。由测试结果可见，即使母线达到400V，短路电流比在275V下大45%，关断电压尖峰值仅为604V。可见到Vce被抑制成一个平台，同时门极电压Vge在5V形成一个电压平台，有效抑制了di/dt。

igbt驱动电路范文第3篇

[关键词]逆变器 CPU主板 IGBT 驱动板

中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0207-01

l 问题的提出

随着我国电气化铁路的发展，电气化铁路客车接触网DC600V的供电方式，将逐渐成为我国铁路客车的主要供电方式。客车逆变器是专为DC600V供电客车空调电源研制开发的，采用DC-AC变换技术。逆变器容量：2×35kVA逆变器+10kVA隔离变压器。当某一台逆变器发生故障造成停止输出时，另一台逆变器可通过转换向两路负载供电，以确保客车用电设备的正常工作。逆变器将客车控制柜接入的DC600V电源，通过充电电阻到中间支撑电路再到六只IGBT功率开关器件上。同时接入DC110V电源供给控制回路，经电源模块变压给控制电路CPU和IGBT驱动板提供电源。驱动板向IGBT发送开通/截止脉冲信号，使IGBT在逆变控制电路控制下，按设定程序正确导通与关断。与此同时电压检测电路（各电压传感器），电流检测电路（各电流传感器）把检测到各部分工作状态与控制电路中CPU系统预先设定的工作状态比较之后，决定是否发送正常运行或停机保护命令。同时依据输入电压变化按程序动态调节输出电压，使逆变器输出恒压恒频弦脉宽调制电压，经滤波电感与电容构成的LC滤波电路变换为正弦波（380V 50HZ）供给空调机组使用。而隔离变压器通过星形三角形电路转换，把逆变器提供的三相380V电压变成三相四线制380V电压并输出三组AC220V交流电供负载使用。2×35KVA逆变电源做为空调客车和相应供电制式的客车或动车组的交流电源，它的维护与检修成了目前车辆段日常运用检修的重点和难点。本文通过对运用中DC600V供电客车进行调研，结合逆变器的工作原理，分析探讨客车车下逆变器的常见故障原因。

2 调查情况

为了探讨客车车下逆变器都有哪些常见故障，对沈阳车辆段进行了调查，截至2013年12月19日，沈阳车辆段配属DC600V供电客车802车，按制造厂家分，新誉集团217辆，武汉正远109辆，铁科院75辆，南京华士65辆，南车株州时代集团270辆，武汉江夏32辆，四研电器34辆。截止目前发生车下电源故障149件，主要故障现象为：IGBT过流、散热器过热、母线电压过欠压、输出电压过欠压、输入电容充电故障、接触器故障等。

3 逆变器的常见故障原因分析

通过对沈阳车辆段客车车下逆变器故障情况的调查发现，CPU主板故障、IGBT故障、驱动板故障是造成逆变器失效的主要原因，尤其是主控板故障造成了逆变器无输出、输出过欠压、输出过流是较为常见的现象，针对逆变器的运用状况，结合其作用原理分析以下几个常见故障的产生原因。

3.1 CPU主板故障

CPU主板是逆变器系统的核心，控制着整个系统的逻辑动作与安全保护，根据电压传感器、电流传感器检测的信号来控制各接触器动作与PWM脉冲的发生与否。如在输入电路中，电压传感器将检测到的输入电压传送给CPU主板，当输入电压值介于500―600V时，CPU经比较处理后传出信号通过固态继电器将输入接触器吸合；当电压低于500V或高于600V时，输入接触器断开，同时CPU将输入过压或欠压信号传给控制柜。影响CPU系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响，影响CPU系统使用可靠性的因素主要是逆变器所处的工作条件、组装条件、工作环境等，逆变器所处的工作环境中电浪涌现象尤为严重，电浪涌，也称电瞬变，指的是随机地短时间电压电流冲击。

3.2 IGBT故障

由六个大功率IGBT组成的三相桥式逆变电路是逆变器的心脏，另有三个电容对IGBT进行保护。IGBT作为开关元件，具有开关频率高、驱动简单、损耗低的特点。直流600V经此电路逆变为三相三线的380V正弦交流电。IGBT故障将会使逆变器Ⅰ或逆变器Ⅱ无输出，造成客车电气装置无法正常工作。从沈阳车辆段2013年逆变器故障情况调查中发现，IGBT故障主要发生在夏季，出现这种结果的主要是由IGBT的工作特性所决定的。IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。当在栅极加正向电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通。当在栅极上施加反向电压时MOSFET的沟道消除，PNP晶体管和基极电流被切断，IGBT即被关断。造成IGBT损坏的原因一般有：过热损坏集电极、超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏、瞬态过电流导致IGBT损坏、过电压造成集电极发射极击穿或造成栅极发射极击穿。对于客车逆变器使用的IGBT模块，所处的工作环境散热条件并不是很好，车下逆变器主电路由于防水防尘的需要，其所在的铁盒是密封的，因此较容易导致散热不良现象发生，增加GBT故障的故障率。在夏季，IGBT模块烧坏的故障率偏高的主要原因是，电流过大引起的瞬时过热，因散热不良导致的持续热均会使IGBT损坏。通常流过IGBT的电流较大，开关频率较高，故器件的损耗较大，若热量不能及时散掉，器件的结温将会超过最大值125℃，实际应用时，一般最高允许的工作温度为125℃左右。因此，夏季逆变器使用中，要特别注意保证逆变器的散热条件。

3.3 驱动板故障

逆变器能否正常工作，关键在于驱动电路，目前，IGBT驱动电路的形式很多，常用

有：直接驱动、电流源驱动、双电源驱动、隔离驱动、集成模块式驱动等。由于集成模块式驱动电路性能更好，整机可靠性更高，体积更小，因此客车车下逆变器采用了集成模块式驱动，很好地解决了IGBT驱动所要考虑的问题。驱动板故障会造成现逆变器出现的故障现象有：逆变器输出过压；三相输出不平衡；输出缺相； IGBT故障；IGBT开关元器件过流保护；二台逆变器均显示00正常，但一台逆变器无输出电压。造成驱动板故障的原因较复杂，只要电路输入端有浪涌脉冲发生的可能，或者输入端的电源不稳定，电路中就会存在高频瞬态的干扰，这都有可能造成驱动板故障。另外，光耦的损坏，电解电容漏液，驱动电路印刷电路板严重损坏，电容容量不足，都会造成驱动信号失常，使机器工作过流。驱动板的工作还会受到周围环境的影响，参数设置的不当，以及不正当的操作，也可能对驱动板造成损坏。因此，逆变器的使用改进过程中，应该选用驱动功率大、有完善保护功能的集成驱动模块，来保证系统的可靠运行。

4 结束语

造成逆变器不能正常工作的原因有很多，除了本文探讨的三种较为常见的故障外，还有一些故障：接触器故障、输入输出板故障、电压检测板故障、散热不良等。本文针对沈阳车辆段在2013年发生次数相对较多的三种故障，分析了逆变器系统中存在的主要干扰源，并重点分析了这些干扰对于用于逆变器中的CPU主板、IGBT、驱动电路会造成的影响；通过这些分析，提出了逆变器在进行设计和使用时应注意的一些问题，为运用部门提供参考。

参考文献

igbt驱动电路范文第4篇

【关键词】变频器;IGBT;过电压保护电路

IGBT（绝缘栅极晶体管）是一种增强型场控（电压）复合器件，具有载流密度大、耐压高、驱动功率小、开关速度快、热稳定性好等多种优点。近年来，随着大功率IGBT的研制与应用，为提高电子装置性能，尤其是为变频器装置的小型化、高效化和低噪声提供了有利的条件。对于一台较大功率的IGBT变频器装置而言，IGBT模块是装置中最昂贵也是最为核心部件，因此做好对IGBT模块的保护工作极为重要。

一、东芝V/F变频器IGBT的应用特点及损坏机理分析

东芝V/F变频器作为一款中频变频器，它是基于IGBT模块，并采用80C196MC作为控制专用芯片的SPWN控制方式的中频器，因其所具有驱动简单、可靠性能好、开关频率特性好、保护方便、通态压较低以及综合性价比优异等多方面特点，在业界多个领域中都有着广泛的应用。

1.东芝V/F变频器IGBT的应用特点

东芝V/F变频器中所采用80C196MC，是16位微控制芯片，其中内设的三相波形发生器WFG，可以独立的进行SPWM控制以及产生三对PWN波形，从而使得变频器的输出能接近正弦波的可控电压。同时，采用SPWN控制方法，并配合高开关频率的IGBT模块，能够将载波开关频率提高到17.5KHZ（一般在10～17.5KHZ中选取）。该大功率模块IGBT在东芝V/F变频器中的应用，还可以通过施加正向门极电压形成沟道，并提高晶体管基极电流使其因流过反向门极电流而关断，从而使得变频器的门极控制电路被极大简化。其具体应用特点，还包括了：

（1）高输入阻抗。大功率IGBT关闭时所泄漏的电流也极小，损耗几乎可忽略不计，采用极小的栅极电压即可控制变频器中元件的开闭。

（2）高速元件。采用大功率IGBT进行元器件关断的时间，相比采用GTO等其它元件的时间更短，且开关损耗更小。

（3）可正常切断。IGBT模块属于可自消弧的元件，模块内部无过电压吸收电路，因此电路的构成简单。

（4）大电流控制。IGBT模块的电流密度高，采用功率相对较小的元件即可控制大电流。

2.损坏机理

IGBT因其高输入阻抗、工作频率高、饱和压降低等多种优点，成为大功率变频器中的首选功率器件，但IGBT和晶体管一样，其抗过载能力不高。在东芝V/F变频器IGBT的实际使用中，当出现短路事故等原因时， IGBT上会出现过电压、过电流通过的情况。一旦出现过电流、过电压情况，IGBT模块自身的温度会急剧上升，从而造成永久性的损坏。

二、东芝V/F变频器IGBT的过电压保护电路分析

当前，东芝变频器IGBT过电压主要可分为集―射过电压、栅―射过电压、高dv/dt所致过电压等几类。对于高dv/dt所导致的过电压故障，简单而有效的保护方法即是采用电压钳位，在IGBT集―栅两端并接齐纳二极管，采用栅极电压动态控制，当集电极电压瞬间超过齐纳二极管的钳位电压时，超出的电压将叠加在栅极上，从而有效避免了IGBT因受到过电压而损坏。其它两种过电压的保护电路设计如下：

1.IGBT栅极过电压保护电路设计

如果IGBT栅极与发射极之问的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高，超过栅极一发射极之问的耐压则IGBT可能永久性损坏;IGBT的栅极一发射极驱动电压%。的保证值为±20V，如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压，则可能会损坏IGBT，因此，在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外，若IGBT的栅极与发射极问开路，而在其集电极与发射极之间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于栅极与集电极和发射极之问寄生电容的存在，使得栅极电位升高，集电极一发射极有电流流过。这时若集电极和发射极问处于高压状态时，可能会使IGBT发热甚至损坏。IGBT的栅极出现过电压的原因有两个：

（1）因静电聚集在栅极电容上引起过电压，可能会损坏栅极结构。

（2）电容密勒效应引起的栅极过电压，会导致电流的猛烈上升。

如果变频器在运输或振动过程中使得栅极回路断开，在不被察觉的情况下给主电路加上电压，则IGBT可能会损坏。为防止此类情况发生，应在IGBT的栅极与发射极间并接一只几十kΩ的电阻，此电阻应尽量靠近栅极与发射极，如图1所示。由于IGBT和短路耐量之间的折中关系，可将栅极电压选为：十VG=15±10%V;一VG=5～10V。

图1 栅极过电压保护电路

2.集电极与发射极间的过电压保护电路设计

变频器IGBT的栅极―发射极过电压的产生主要有以下两种情况：

（1）直流过电压保护

施加到IGBT集电极一发射极问的直流电压过高，而引发直流过压产生的原因是，由于输入交流电源或IGBT的前一级输入发生异常所致。解决的办法是在选取IGBT时，进行降额设计;另外，可在检测出这一过压时分断IGBT的输入，以保证IGBT的安全。

（2）浪涌过电压

集电极一发射极上的浪涌电压过高是因为电路中分布电感的存在，加之IGBT的开关速度较高，当IGBT关断瞬间与之并接的反向恢复二极管逆向恢复时，就会产生很大的浪涌电压L×di/dt，威胁IGBT的安全。通常IGBT的浪涌电压波形如图2所示。在图2中，UCE为IGBT集电极一发射极问的电压波形;ic为IGBT的集电极电流;Vd为输入IGBT的直流电压;VCESP=Vd+L×di/dt为浪涌电压峰值。如果VCESP超出IGBT的集电极一发射极间耐压值UCE，就可能损坏IGBT。通常集电极电流越大，则关断时的浪涌电压越大。解决的办法主要有：

①在选取IGBT时考虑设计裕量。

②在电路设计时调整IGBT驱动电路的R。，使di/dt尽可能小。

③尽量将电解电容靠近IGBT安装，以减小分布电感。

④根据情况加装过电压保护电路。

图2 变频器IGBT的浪涌电压波形

在图3中即为东芝变频器中加装的过电压保护电路。在该保护电路中，集电极到栅极电容CGC和栅极到发射极电容CGE组成了动态分压器。当高端IGBT（VT2）开通时，低端IGBT（VTl）的发射极上的dv/dt，会在其栅极上产生正电压脉冲，从而有效实现了过电压保护。对于变频器IGBT，脉冲的幅值与栅极驱动电路阻抗和dv/dt的实际数值有着直接的联系，因此在该电路中还分别采用了由R1和D1，R2和D2所组成的尖峰电压吸收回路，以避免IGBT被过高的尖峰脉冲电压所损坏。

图3 变频器过电压保护电路

三、总结

本文从变频器中大功率IGBT模块的应用特点及损坏机理出发，并以东芝V/F变频器为例，就IGBT过电压保护的特点及应用进行了分析与探讨。为了确保IGBT在厂商规定的安全工作区内可靠的工作，必须对IGBT采取必要的过电压保护措施，并做好过电压保护电路的设计工作，以提高变频器系统运行的安全性与可靠性。

参考文献

igbt驱动电路范文第5篇

关键词：锅炉引风电机；IGBT-PWM变频调速；锅炉炉膛负压

中图分类号: TM921 文献标识码:A

1.概述

提高锅炉的自动化水平，是提高锅炉效率的主要途径也是提高电厂经济效益的方法之一。正常运行时锅炉炉膛的压力通过自动控制维持稳定，如果正压过大，超过锅炉水冷壁或烟风道结构强度，会造成炉膛或烟风道撕裂、外鼓损坏的事故，同时火焰外喷，容易造成伤人事故；如果负压过大，会造成炉膛或烟风道被大气压力压瘪的损坏事故，因此正确控制炉膛内部的压力变化，对避免造成炉膛损坏事故起着积极重要的作用。从安全和节能的角度考虑，采用变频调速调节引风机的风量使炉膛压力维持稳定，取代传统的节流或挡板控制风量大小的调节方法。

本文采用IGBT-PWM变频调速系统对引风机进行变速调节，它主要包括四个部分：六管IGBT模块主电路，8098单片机和SA866DE三相PWM产生器构成的控制电路，M57962驱动模块和保护电路。此系统结构简单、运行可靠、模块化电路板面积较小，对炉膛负压控制效果好。

2.炉膛负压控制方案

本文设计的炉膛负压调控系统框图如图1所示，以引风机的引风量为控制量，引风机的转速为控制机构，当锅炉负荷变化使炉膛压力变化时，控制系统就可以通过对引风电机的转速进行调节改变引风量的大小，保持炉膛压力在安全范围内。

3　IGBT-PWM变频调速系统

IGBT-PWM变频调速系统原理框图如图2，整个系统的硬件电路由主电路、控制电路、驱动电路和保护电路等构成。

3.1　主电路

主电路的形式是AC/DC/AC逆变电路，由三相整流桥、滤波器、三相逆变器组成。三相交流电经三相桥式整流后，得到脉动直流电压，再经电容器和电阻组成的储能、滤波后以直流电压供给逆变器。主开关器件选用日本富士公司生产的P系列IGBT模块，构成本系统三相逆变器，它的优点是具有吸收电路简单和短路承受能力强的特点；并且由R、C和VD组成关断吸收电路，不仅可以限制关断电压上升率，又可以减少主开关元件的关断损耗。逆变器的主电路采用三相桥式全控电路，如图3所示。

3.2 控制电路

8098单片机以及电路和MITEL公司生产的SA866DE三相PWM产生器构成本系统的控制电路。单片机除完成对SA866DE的初始化、输出脉宽调制、频率控制外，同时完成闭环控制算法的运算及数据处理，模拟信号和数字信号的检测和保护功能的逻辑判断等。SA866DE是一种全数字化高智能的PWM控制器，数字化的脉冲输出有很高的精度和温度稳定性；输出标准的正弦波、增强型波形和高效型波形三种PWM调制波形；与微处理器接口简单，微处理器只用很少的时间去控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护、控制等；SA866DE具有六个标准的TTL电平输出，可以用来驱动逆变器的六个功率开关器件。

3.3 驱动电路

驱动电路的设计采用IGBT专用驱动电路M57962L，M57962L混合集成式驱动芯片最高工作频率为40kHZ，采用双电源供电（+15V和-10V），输出电流峰值为±5A，可驱动1.2Kv/300A的IGBT。整个驱动电路的信号延时不超过1.5us，模块输入采用高速光电耦合器隔离，并有过电流检测电流低速关断IGBT的功能。图4为M57962L构成的驱动电路，RG取8.5 是防止删控信号震荡及减小IGBT集电极电压尖脉冲的电阻，VD为快恢复二极管，VL光耦合器过流保护输出，外接的两个47uF电容是用来吸收电源阻抗变化引起的电源电压波动。

3.4　保护电路

为使IGBT逆变器安全工作，控制电路中必须有保护电路。保护电路的功能包括过压保护、过流保护、过载保护。采用电流传感器模块测三相逆变器的输出电流，电流检测信号经测量电阻转换成电压信号。过压保护信号取自主电路滤波电容器端，经电阻分压后获得。为防止高压信号进入控制电路，而采用光电隔离。一旦检测值超过给定值，保护电路发出的信号和来自单片机的控制信号一起封锁了SA866DE三相PWM脉冲输出，使IGBT关断。

结语

本系统采用SA866DE三相PWM控制模块和IGBT专用驱动模块电路M57962L所构成的变频调速系统，其结构简单，使用方便；为了满足实际应用要求，只要改变系统参数就可以快速的改变系统的性能，在控制、保护方面具有较高的智能功能。在本系统中以75kW的引风电机为例，作为闭环控制使炉膛负压稳定在-10pa～-30pa范围内，如改变元器件的参数即可应用于不同的电机调速系统，因此它的应用有广阔的前景。

参考文献

[1]曲永印.电力电子变流技术[M].冶金工业出版社，2002.

[2]曾庆波.单片机应用技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2010.