H型双极模式PWM控制的功率转换电路设计
来源： 作者： 发布时间：2015-01-26 08:15:46 浏览量：为了减小IGBT的动态功耗和保障电路安全，满足IGBT的驱动要求，需合理确定+Vge、-Vge和R的值。这些都需要通过设计驱动电路来实现。
驱动电路设计
设计性能良好的驱动电路，可以使IGBT工作在比较理想的开关状态、缩短开关时间、减小贴片电感器开关功耗、提高功率转换电路的运行效率。IGBT栅极驱动方式主要有变压器驱动法、直接驱动法和光耦隔离驱动法。变压器驱动法有利于驱动信号的隔离、驱动功率损耗很小，但限制了使用频率，不利于PWM信号的传输。直接驱动法适用于小容量的不加保护的IGBT的场合。光耦隔离驱动法对光耦的要求较高，要求光耦速度快，绝缘耐压高于电源电压，共模抑制比大。
SEMIKRON公司的SKHI22AH4模块是应用变压器驱动原理塑封电感器的驱动器件。当SKHI22AH4模块驱动IGBT时，它的最大工作频率可达100kHz，完全解决了限制使用频率问题。SKHI22AH4模块驱动IGBT的电路原理图如图2。图2中虚线方框是SKHI22AH4模块结构简图，模块中分初级和次级两个部分，这两个部分是绝缘的，使得驱动电路具有良好的输入输出电隔离能力;模块有2个input、2个output，一个input对应一个output，input是变压器初级，output是变压器次级;SKHI22AH4模块中还有针对短路、过流和电压不稳等错误的测量装置和错误信息储存装置，用来实现多种电路保护功能。SKHI22AH4模块的工作原理是：PWM控制信号加在变压器初级，变压器次级输出放大的驱动信号驱动IGBT。SKH电感器市场需求I22AH4模块的供电电压是+15V，当其驱动2MB1300D-140型号的IGBT时，其驱动输出的导通电压可达+14.2V、关闭电压可达-2V，完全满足减小IGBT动态功耗对+Vge、-Vge的要求。为了减小ton、toff，在允许的范围内取Ron=3.38，Roff=3.38。在力求减小功率损耗的原则下，在设计电路保护功能过程中选择其外围元器件。
图2SKHI22AH4模块驱动IGBT的原理图
SKHI22AH4的主要电路保护功能设计：
1)短路保护功能
在C极和E极间容易出现短路的现象。短路时，电流增大，IGBT的功率损耗迅速增大(随着电流的平方增大)，严重时会造成IGBT的损坏。因此，需要对IGBT进行短路保护。如图2所示，通过对C极和E极的电压的比较，就实现了对C极和E极间的短路保护。实现短路保护，就要合理确定Rce和Cce的值。具体步骤如下：
①确定Vces的值。Vces既不能过大也不能过小，过大会增加IGBT动态功率损耗，过小会减弱短路保护能力，一般取5.6V。为了减小IGBT的动态功率损耗，可以适当减小，但不能小于3.5V。这里取Vces=4V。
②确定Rce。由公式(1)求得Rce=13Ω。
③确定tmin。由SKHI22AH4模块的特性知，tmince=470pF。
2)互锁保护功能
SKHI22AH4模块具有互锁功能，以防止H桥同侧臂的2个IGBT同时导通。互锁功能就是：在H桥同侧臂的2个IGBT中，一个IGBT关闭后要有一段延时，另一个IGBT才能开通。互锁的锁定时间ttd=2.7+0.13Rtd(Rtd为互锁电阻)，2.7μs是由于SKHI22AH4模块中已经集成了一个互锁电阻产生。取Rtd=08，则ttd=2.7μs。
3)错误监测
SKHI22AH4模块具有错误监测功能，它可以对短路、过流、电压不稳等错误进行监测。当错误发生时，SKHI22AH4模块停止运行，并将错误信号存储在Errormemory中，直到错误排除，才能从新运行。
按照上述驱动电路设计，可得SKHI22AH4模块的驱动波形，如图3所示。
绕行电感器图3SKHI22AH4模块输入输出的波形图
H型双极模式PWM控制的功率转换电路
经过上述设计，得H型双极模式PWM控制的功率转换电路原理图，如图4所示。经实验测试得，图4所对应的功率转换电路中IGBT的ton=1.8Ls、toff=1.4Ls，则IGBT的开关时间为3.2Ls。
图4H型双极模式PWM控制的功率转换电路原理图
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