并联连接的非直接驱动及隔离驱动电路原理

楼主  收藏   举报   帖子创建时间:  2018-08-28 09:44 回复:0 关注量:122
  1. 非直接驱动并联连接
 非直接栅极驱动也是一种高效的并联连接驱动方式。和直接驱动一样,非直接驱动是采用一个信号变送器和一个DC-DC变换器,如图1所示。不同之处在于,并联中每一个IGBT都拥有独立的推挽级,且每个推挽级具有自己的旁路电容。而且每个IGBT都有独立的充放电回路,推挽级的旁路电容可以为IGBT输入电路和密勒电容充电时提供能量。辅助发射极不再是通过控制电路解耦,而是通过推挽级的电压源解耦。既然由旁路电容提供再次充电电流,发射极电阻不会直接影响IGBT的开关特性,所以可以选用比以往发射极电阻更大的解耦电阻。这样对于辅助发射极补偿电流的吸收更加有效,而且也不再需要高脉冲电流等级的脉冲电阻。另外,每个IGBT可以独立设置带有反馈的集-射极有源钳位电路。 图1 并联连接的非直接驱动电路原理 图1 并联连接的非直接驱动电路原理  
 非直接驱动并联的缺点是:需要五芯电缆连接推挽级、实际信号单元和DC-DC变换器。这种解决方案相比其他的方案来说,需要更多的PCB和内部连接线。
 当使用BJT时,为了使栅-射极电压能够达到15V,必须确保推挽级的电压为16V。
 图2给出了IGBT输入电容充放电时的电流回路。由于推挽级中电压源侧串联电阻的作用,辅助发射极之间的补偿电流可以实现最小化。 图2 非直接驱动中充放电回路 图2 非直接驱动中充放电回路  
 2. 隔离栅极驱动并联连接
 IGBT需要尽可能同时开通或关断,这对并联连接中的电流均流至关重要。在直接和非直接驱动并联中,每个IGBT的控制信号都来自同一信号。当每个IGBT的控制部分采用电气隔离,使得每个IGBT接收到的控制信号也实现电气隔离。因此该过程中传输时间的差异性对并联连接来说十分重要。图3给出了电气隔离的栅极驱动并联连接原理。 图3 电气隔离的栅极驱动并联连接原理 图3 电气隔离的栅极驱动并联连接原理  
 温度、绝缘老化和器件的误差都可能导致传输时间误差。对于直接或非直接并联驱动,由于逻辑功能和信号传输都在一个中央单元中完成,所以传输时间误差就不是那么重要。由于电气隔离与栅极驱动,每个IGBT具有自己的隔离控制单元,所以传输时间误差就至关重要。这种类型的控制电路有很多优点,但是只有当传输时间足够小时才有意义。传统的光耦合由于传输时间抖动较大,可以达到几百纳秒,因此不适用于这里。光纤电缆由于传输时间误差较大同样也是不适合的。由于磁性变送器不存在老化问题,而且传输时间误差很小,已经被证实是一种最佳解决方案。英飞凌公司的无磁芯变压器IC方案和CONCEPT公司的SCALE-2集成方案是两个典型的解决方案。所有解决方案的信号传输时间误差都非常小。
 这种并联连接控制策略的优点是可以防止栅极通道中的补偿电流,由于控制信号和辅助电源的电气隔离,动态补偿电流无法形成回路,这也就意味着负载电流的对称性将不再依赖于单个IGBT输出电感。而且如果保持栅极驱动对称,那么不会受到栅极通路的影响,栅极之间也不会产生谐振。如图4所示的隔离驱动并联中采用三个Prime PACKTM IGBT模块并联,驱动是SCALE-2,抖动时间低于8ns。 图4 采用CONCEPT公司SCALE-2驱动器实现并联连接 图4 采用CONCEPT公司SCALE-2驱动器实现并联连接  
 由于IGBT栅极电源电压非常重要,所以推荐在二次侧(驱动器的IGBT侧)采用反馈电压控制。在IGBT开关时,即使每个驱动器电压只有500mV的偏差,也会导致换流时间不平衡。
 总而言之,通过直流母线调整方法和隔离控制,可以实现最佳的电流匹配。如果遵守上述规则,就不太需要过去常用的IGBT并联降额方法。