發布日期：2022-07-24 點擊率：70
我們中的許多人都熟悉低功率直流電機，因為我們在日常生活中隨處可見它們。我們可能看不到所有更大的交流工業電機在幕后工作，以自動化我們的汽車組裝或提升我們每天乘坐的電梯。這些大功率電機由具有不同要求和更高電流的電子設備驅動。在本文的第 1 部分中，我們將討論用于控制三相交流電機大電流的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的理論和要求。在第 2 部分中，我們將討論隔離要求和正確計算 IGBT 驅動功率量。
三相逆變器用于控制交流電機速度的變頻驅動器和大功率應用。IGBT 用于三相逆變器的每一相的半橋配置。半橋的高側和低側 IGBT 開關分別用于以交流模式向電機線圈施加正負高壓直流脈沖。單個隔離式柵極驅動器 IC 驅動每個 IGBT 的柵極，并將高壓輸出與低壓控制輸入電隔離。頂部（高側）IGBT 的集電極連接到高壓直流母線。該 IGBT 的發射極相對于大地浮動以維持晶體管的 V CE在其規定的范圍內。這又需要使用隔離柵極驅動器，以便將來自控制電路的低壓 PWM 輸入與 IGBT 的高壓隔離。隔離式柵極驅動器也用于控制底部（低側）IGBT。下圖顯示了工業電機驅動器的典型配置。
IGBT 柵極驅動器 IC必須同時執行多種功能。在 IGBT 開通期間，柵極電容被充電，當達到 IGBT 閾值電壓 (V GE_on ) 時，反向傳輸電容（稱為米勒電容）也被充電。為了關斷 IGBT，柵極電容必須放電，一旦達到閾值電壓 (V GE_off )，反向傳輸電容也需要放電。理論上，開啟和關閉電壓必須至少超過閾值電平，但實際上，這些值必須由與應用更相關的其他電壓代替。通常，IGBT 以標稱 15V 的正柵極電壓開啟。
通常施加到柵極的 0V 足以關閉 IGBT。然而，為了防止米勒電容上的電壓變化 (dVCE/dt)（由于半橋中對面 IGBT 的開啟）導致關閉的 IGBT 的柵極重新開啟，一個較大的負電壓（-8V 至 - 15V) 通常應用于柵極驅動器 IC 的 V EE。正確選擇控制電壓非常重要。
當在柵極和發射極之間施加正控制電壓（高于閾值）時，IGBT 開啟。由于 IGBT 的跨導，集電極電流是柵極-發射極電壓的函數。還依賴于飽和電壓。換句話說，柵極-發射極電壓越高，可能的集電極電流就越高，由此產生的飽和電壓就越低。實現盡可能低的傳導損耗，由 V CEsat = f(I C , V GE)，希望在相當高的正控制電壓下工作。另一方面，應該注意的是，如果發生故障，高柵極-發射極電壓可能會產生高短路電流。因此，需要在正常工作期間的傳導損耗和發生故障時的最大短路電流之間找到折衷方案。柵極電壓最常見的值為 15V，在 IGBT 驅動器數據表中也顯示為特征值。不得超過絕對最大值；否則可能會對驅動器 IC 造成內部損壞，并且在短路期間可能會產生破壞性的高電流。
在 0V 關斷的情況下，由于以下兩個原因之一，可能會發生寄生導通：
1. 由于米勒電容的反饋效應（主要原因是半橋中的另一個IGBT導通或關斷時集電極和發射極之間的電壓變化）
2. 由于發射極雜散電感的反饋效應。（造成這種情況的主要原因是負載電流di L /dt的變化）
通過施加負控制電壓，IGBT 被關閉，重新開啟 IGBT 所需的柵極電壓遠高于前面描述的米勒效應所能達到的電壓。根據應用，-5V 至 -10V 范圍內的關斷電壓非常常見。主要原因是：
1. 降低所需的驅動器功率，這與從負柵極電壓到正柵極電壓的電壓提升成正比。
2. 驅動IC的可用性。許多驅動器 IC 是基于 CMOS 或 BiCMOS 技術開發的，它們僅在正負電源電壓之間提供最大 30V 的有限阻斷能力。考慮到電源電壓容差和最大電壓限制的足夠安全裕度，V EE電源軌證明的通常負柵極電壓在 -5V 至 -10V 范圍內。
查看第 2 部分，我們將在其中討論隔離和電源要求。
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