IGBT驱动器EXB841保护电路的设计

经验交流　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　自动化技术与应用》２０１　０年第２　９卷第３期　２．２工作过程　①　正常开通过程　时，快速恢复二极管　７直接与后面的ＩＧＢＴ的工作电源　相连，该电源通常是一种高压信号，从而导致快速恢复　二极管　７很容易被击穿而丧失内部保护能力。因此，　要想从根本上解决过流对ＩＧＢＴ和ＥＸＢ８４１本身造成的　损害问题，还必须自行设计外部保护电路。　３　外部过流保护电路　由上述分析可知，ＥＸＢ８４１内部短路保护功能是通　过检测ＩＧＢＴ的集射电压　的大小来判断是否发生了　过流现象，根据图２，可以得到ＥＸＢ８４１的６脚电压　和ＩＧＢＴ集射电压　之间存在以下关系：　图２　ＥＸＢ８４１内部原理图［３］　如图２所示，当信号输入端（分别为ＥＸＢ８４１的ｌ５脚　和ｌ４脚，光耦ＴＬＰ５５０的二极管两端）有１０ｍＡ电流信号　流过时，光耦导通，Ａ点电位迅速降至０Ｖ，三极管　和　＝Ｕ７１Ｌ　１Ｌ　………Ｉ４　式中，　表示ＥＸＢ８４１引脚６的电压，　表示快速　恢复二极管　７的导通压降，　表示ＩＧＢＴ导通时集射　压降，　表示ＩＧＢＴ的Ｅ极电压，由于Ｅ极与ＥＸＢ８４１　的－５Ｖ反偏压信号（１脚）相连，因此，　流现象时，Ｕｅ－－１３Ｖ，由上式可知：　Ｕ　ｒ　Ｕ　Ｕｚ—Ｕ　ｌ３—０．５—５＝７　５ｖ　Ｖ２截止，Ｖ２截止使Ｄ点电位上升至ＥＸＢ８４１的工作电　压（２０Ｖ），因此，互补推挽电路中Ｖ４导通，Ｖ５截止，导通　的Ｖ４使电流从工作电源经过Ｖ４，流向栅极电阻　，给　后面连接的ＩＧＢＴ器件供电，ＩＧＢＴ正常导通。　②　关断过程　５Ｖ。在发生过　即当Ｉ　Ｇ　Ｂ　Ｔ集射电压　，　升高到７．５　Ｖ左右时，　ＥＸＢ８４１才认为发生了过流现象，通过ＶＺ１的击穿使得　Ｄ点电位下降，进而关断ＩＧＢＴ。　一当信号输人端没有信号时，ＥＸＢ８４１的光耦ＴＬＰ５５０　关闭，Ａ点电位上升，使Ｖ１，Ｖ２导通；Ｖ２导通使互补推　般情况下，ＩＧＢＴ在正常导通时集射压降为３Ｖ，当　７．５时，ＩＧＢＴ已经严重过流，即使此时关断ＩＧＢＴ，　挽电路中Ｖ４截止，Ｖ５导通，ＩＧＢＴ栅极电荷通过Ｖ５迅　速放电，使ＥＸＢ８４１的１脚电位迅速下降至ＯＶ，使ＩＧＢＴ　可靠关断。　迅速上升，使ＥＸＢ８４１的６脚“悬空”。　也极有可能使ＩＧＢＴ损坏。同时，由于此时ＥＸＢ８４１内　部没有锁定输入信号的功能，因此，过流还会进一步损　坏ＥＸＢ８４ｌ。　与此同时　导通，Ｃ２通过　更快放电，将Ｂ点和Ｃ点　电位箱制在０Ｖ，使　正常关断。　仍不通，后续电路不会动作，ＩＧＢＴ　３．１降低保护阈值　为了保证ＩＧＢＴ在发生过流时ＥＸＢ８４１的６脚能及　时检测到过流信号，根据上述分析，可以降低　的阈　③　保护动作过程　若ＩＧＢＴ发生短路，ＩＧＢＴ承受较大电流而退饱和，　己　上升很多，二极管　截止，ＥＸＢ８４１的６脚“悬空”，　值，通常的做法是在快速恢复二极管后面再串接相同规　格的快恢复二极管，个数根据保护阈值而定，或者反相　串接一个稳压管【６】，保证在ＩＧＢＴ轻度过流时，能够有效　的关断。具体连接电路如图３所示，在ＥＸＢ８４１的６脚　所接的二极管。这种做法不能从根本上起到保护　ＥＸＢ８４１的目的。　Ｂ点和Ｃ点电位由８Ｖ上升，当上升至ｉ　３Ｖ时，　被击　穿，Ｖ３导通，Ｃ４通过　７和Ｖ３放电，Ｆ点电位逐渐下降，　二极管Ｖ６粤通，使　点电位和３脚电位也逐渐下降，慢　速关断ＩＧＢＴ。　根据以上对ＥＸＢ８４１的工作原理分析可知，ＥＸＢ８４１　３．２外加保护电路　在降低了保护阈值的情况下，在过流现象发生时，及　时的锁定ＥＸＢ８４１的输入信号，可以有效的保证ＥＸＢ８４１　自身和ＩＧＢＴ的安全。在图２中，当过流发生时，ＶＺ１击　穿，使得Ｖ３导通，ＥＸＢ８４１的５脚输出低电平；而在正常　导通情况下，由于Ｖ３截止，５脚保持高电平（近似为电　的内部的短路保护仅是通过快速恢复二极管　７来检测　ＩＧＢＴ的集射间的电压降　的变化，进而使得Ｄ点电　位降低，慢速关断ＩＧＢＴ的，并没有从根本上在过流现象　发生时，将ＥＸＢ８４１的输入信号锁定，因而只能起到保护　ＩＧＢＴ器件的作用，不能保证ＥＸＢ８４　１本身的安全。同　自动化技术与应用》２　０１　０年第２９卷第３期　经验交流　ＴｅｃｈｎｉｃａＩ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　源电压），５脚的电平间接地反映了过流与否，因此，可以　充分利用这个条件，设计出可靠的外部保护电路。　也降低了更换ＥＸＢ８４１的成本。　豪窿　＇ｔ　陀Ｃ　…　…蔓士　一　一盎：　…　～嚣　４　～一　……　～ｉ一　电曼　一－卜十一　．｛　｝｛Ｉ　Ｉ一｛一三　～　一　—　—　雌　３ｌ　…毒　一　｛ｉ　ｌ　～　；｛骚ｌ一　～　３～　～　：罐　一　｛　ｌｎｌ　ｌ　ｌ　ｉ　盆蛳　一ｂ　。　…　…｛　　ｉ　Ｏ　…点一』一　～—　…　一１　～　～　～ｒ　；　｛　｛一￡～妻■一　～工～点一　｛　ｌ　一１—　｝　ｉ　ｉ　｝　｛　ｉ　。一三　ｊ一　～０　；二￡ｉ　ｉ　ｉ｛　…；…一　‘…　０　…每…｝　一　一　ｊ…　　ｉ　ｌ　ｌ｝　ｉ　姆ｌ～ｌ一…　、　卜　ｌ｛｝。ｉｔ…　’　｛０　Ｌ；ｉ｛　ｊ一上毒一　一　’～　一　｝ｉ｝　～～｛～一拳　一　—～—　—　～　～ｊ专　．　：　一每■　一　土ｒ～　　一咔一　一＼　０弭　｝　０ｌ　＿　ｆｌ　‘　萎　．．　图３　ＥＸＢ８４１外部保护电路　如图３所示，用光耦　将ＥＸＢ８４１引脚５的过流信　■：ｆ』ｊ　　ｉｒ￡一　　ｉ　■『一二Ｉ　…＊　１　；ｌ｛　毒　０一　　．‘～　一　；ｉ　＿．－０｛　　｛　｝　…ｌ｛　　～毒｛　ｌ　；　一ｒ｛ｉ｝　｝　Ｉ＿ｌ号转化为控制信号，决定输入信号锁定与否，其中光耦实　图４　通过外部改造ＥＸＢ８４１电路［６］　现强弱电的隔离。在图中，ＤＲＩＶＥＲ—ＩＮ为ＥＸＢ８４ｌ的外　部输人信号，来自于主控板的弱电信号；三极管ｐ　的Ｃ　极接ＥＸＢ８４１的信号负输入端（１４脚），信号正输入端经过　４　结束语　（１）通过增加快速恢复二极管的个数，或者反向串联　稳压管，降低了过流保护阈值，保障了ＩＧＢＴ器件的安全；　（２）通过外加保护电路，实现过流发生时，锁定输出　信号，及时保护好ＥＸＢ８４１和ＩＧＢＴ；　（３）通过改造ＥＸＢ８４１内部结构，使用更方便、安　全，降低了成本。　限流电阻直接和电源相连，这样可以有效的提高　ＥＸＢ８４１输入光耦的导通电流，其中二极管Ｄ１用于指示　输入信号。正常情况下，ＥＸＢ８４ｌ的５脚保持高电平，光　耦Ｅ　截止，三极管　的Ｅ极为低电平，ＥＸＢ８４１的输入　信号正常进人内部，完成Ｉ　ＧＢＴ导通过程；当发生过流　时，光耦Ｕ２内部二极管导通，使得光耦内部三极管导　通，三极管ｐ　的Ｅ极变为高电平，阻止了三极管　基　极信号的输入，在ＥＸＢ　８４１内部没有信号流动，关断了　ＩＧＢＴ，有效保护ＥＸＢ８４１和ＩＧＢＴ的安全，图中二极管１７２　用于指示过流现象的发生。当过流现象消除后，ＥＸＢ８４　ｌ　参考文献：　ｎ】康劲松，郎玉峰，陶生桂．ＩＧＢＴ集成驱动模块的应用研　究［Ｊ］，电工技术杂志，２ｏｏｏ（５）：３６－３７．　［２】孙先绪，孙朔冬．ＩＧＢＴ驱动模块ＥＸＢ８４１使用方法的改　的输入信号会被自动解锁，继续驱动ＩＧＢＴ器件工作。图　中的０２是用于实现大电流开关的ＩＧＢＴ器件。　进［Ｊ］．煤矿机电，２００６，（１）：７４—７５．　［３】贾好来．ＥＸＢ８４１对ＩＧＢＴ的过流保护研究【Ｊ］．太原理工　大学学报，１９９９，３０（６）：６１卜６１２．　【４】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．　３．３其他保护方式　除此之外，还由一些其他的保护方式，例如，在图２　中，可以看到，在ＥＸＢ８４１内部９脚和２脚之间，串联了　一个稳压管ＶＺ２和限流电阻　１脚从稳压管和限流　．【５】丁祖军等．基于ＥＸＢ８４１的ＩＧＢＴ驱动电路设计及优化　电力自动化设备，２００４，（６）：３７—３８．　［６］孙先绪，孙朔冬．ＩＧＢＴ驱动模块ＥＸＢ８４１使用方法的改　电阻之间引出，提供一５Ｖ反偏压信号。由于１脚和２脚　相隔很近，在测试时，示波器等仪器的探头很容易造成　二者短路，从而损坏稳压管ＶＺ２，使ＥＸＢ８４１不能工作，　所以通常在使用时，将１脚剪断不用，从外部在９脚和２　脚之间串接一个稳压管　和限流电阻　引，将ＩＧＢＴ的　Ｅ极直接从外接稳压管和限流电阻之间引出，这样，即使　稳压管发生故障，也比较容易更换，不仅使用安全方便，　进…．煤矿机电，２００６，（１）：７５—７６．　作者简介：殷海波（１　９　８　４一），男，研究生，研究方向：数字系统　设计。