IGBT和MOSFET器件的隔离驱动技术

时间:2012-03-15来源:网络
3.2 使用光电耦合器的隔离驱动器

  隔离驱动产品绝大部分是使用光电耦合器来隔离输入的驱动信号和被驱动的绝缘栅器件,采用厚膜或PCB工艺制成,部分阻容元件由引脚接入。这种产品主要用于IGBT的驱动,因IGBT具有电流拖尾效应,所以光耦驱动器无一例外都是负压关断。

  目前市售的光电耦合型驱动器产品,主要有FUJI公司的EXB8XX系列、MISUBISHI公司的M579XX系列、英达公司的HR065和西安爱帕克电力电子有限公司的HL402B等,以及北京落木源电源技术有限公司的TX-KA系列。KA系列驱动器保护功能完善、工作频率较高、用户可调参数多、价格便宜,并能与多种其它类型的驱动器兼容。

  此类产品,由于光电耦合器的速度限制,一般工作频率都在50KHz以下(TX-KA的某些产品可达80K)。它们的优点是,大部分具有过流保护功能,其过电流信号是从IGBT的管压降中取得的;共同的缺点是需要一个或两个独立的辅助电源,因而使用较为麻烦。

  由于成本问题,该类产品价格稍高,因此只适用于在大功率电源中驱动IGBT模块,在中小功率领域难以推广使用。

3.3 变压器隔离、一路电源输入,自带DC-DC辅助电源的驱动器

  目前有CONCEPT公司的2SD315A和SEMIKRON公司的SKH122,使用两个脉冲变压器传递半桥驱动信号,需要一路电源输入,自带一个DC-DC电源提供驱动所需的两个辅助电源,输入的驱动信号质量不错,驱动能力也很强,但由于结构复杂,因而体积较大,价格不菲,只适用于大功率电源中。

  北京落木源公司也开发了一款变压器隔离的驱动器,型号为KB101,可以工作在较高的频率上,但是需要用户提供辅助电源。

3.4 调制型自给电源的变压器隔离驱动器[3]

  这类产品,典型的如UNITRODE公司的UC3724/25集成电路对,其中3724与驱动源相连,3725与被驱动的绝缘栅器件相连,3724与3725之间由用户接入一个脉冲变压器。它采用的是高频调制技术,在UC3724中将PWM信号调制到约1MHz的载波上,送到隔离脉冲变压器的初级,次级输出信号在UC3725中通过直接整流得到自给电源,通过解调取得原PWM信号,这种驱动器集成化较比较好,但由于载波频率不够高,因而总的延迟时间稍长。

3.5 分时技术培训自给电源的变压器隔离驱动器[4]

  这是一种新技术产品,如国内的北京落木源电子技术有限公司生产的TX-KC、KD系列驱动器,目前有适合单管、半桥、双正激、同步整流和IGBT等近二十种型号。

  在我们研制的20KW逆变焊机中项目中,功率器件的驱动片就采用了TX-KD301半桥驱动器,用该驱动片驱动200A/1200V IGBT,在实际应用中收到了良好效果。电路加载过程中波型正确,振荡小,在重载下无畸变,使共态导通的可能大大降低,长时间工作发热量较小。该产品使用两年来,未发生任何故障。大大提高了产品的可靠性。

  与设计者自己搭接的驱动电路相比,此类驱动器自身无需单独的供电电源,关断采用负压,抗干扰能力强,驱动延迟小,可在占空比5%-95%的范围内工作,驱动器的输入信号与输出的栅极驱动脉冲是电气隔离的,因此适用于多种电路拓扑,种类较多,价格比较低廉,既有适合中大功率电源的,也有适用于小功率模块电源的驱动器,因此比较适用于需要隔离的MOS管驱动。

4 结束语

  开关电源中功率管的驱动对整个电源的正常工作有着很大的作用,因此电源设计师往往要花费不少精力去设计或选择成品驱动器。以前市场上隔离驱动器都是用于驱动大功率IGBT的,中小功率的MOSFET隔离驱动器未见有产品出售,原因在于中小功率的电源不允许使用昂贵的驱动组件。现在,北京落木源电子有限公司不仅提供了多种具有保护功能的IGBT驱动器,还提供了一系列虽然不具保护、但价格低廉的隔离驱动器,增加了用户的选择余地。

  需要特别提及的是,在成品驱动组件的使用中,许多应用细节,如输入缓冲器的设备、栅极电阻的选择、输出引线的绞合等,以及产品说明书中的各项具体要求,都必须引起充分的注意,否则很可能产生各类驱动问题,从而使电源整机无法正常工作,甚至产生共态导通烧坏器件。


参考文献

[1] Steve Clemente,Gate driver Characteristics and Requirements for HEXFET Power Mosfets,IR Application Note AN-937。
[2] 陈亚宁,绝缘栅器件的隔离驱动器,中国发明专利,ZL95101392.0,1995.02.15.
[3] John A.O’Connor.Unique chip Pair Simplifies Isolated High Side Switch Drive.Unitrode Application Note U-127.
[4] 北京落木源电子技术有限公司,WWW.pwrdriver.com./tech/newprinciple.htm
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关键词: MOSFET IGBT 隔离驱动 光电耦合器 脉冲变压器

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