驱动电路应用于逆变式弧焊电源的选择和保护

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：对于逆变式弧焊电源驱动电路来说，光耦合器一般用来传递脉冲信号，应选择具有快速通断性能的开关光耦。目前的驱动电路不仅要求具有驱动功能，往往还要求具有一定的保护功能。EXB841是专为驱动400A/600V或300A/1200V以下的IGBT单管或模块而设计的混合集成驱动电路。

驱动电路处于控制电路（弱电电路）和主电路（强电电路）之间。驱动电路应具有两个功能：首先，它要具有功率放大的功能，将PWM控制器输出的脉冲信号进行功率放大，使其能够驱动主电路中的电子功率开关；其次，它应具有隔离作用，使控制电路和主电路之间不存在直接的电气联系。

1.对功率放大的要求

为了加速IGBT等功率半导体器件的开关过程，减小开关损耗，对驱动电路的功率放大有以下要求：

1）功率半导体器件开通时，需要驱动电路提供电子功率开关触发电压或电流脉冲信号。对于IGBT、MOSFET需要提供触发电压脉冲；对于晶体管和晶闸管需要提供触发电流脉冲信号。改触发脉冲需要有快速上升沿，并应有一定的过冲以加速开通过程，减小开通损耗。

2）功率半导体器件导通期间，驱动电路提供的触发电压或电流脉冲信号在任何负载情况下，都能保证功率半导体器件处于饱和导通状态，以保证较低的导通损耗。

3）功率半导体器件关断瞬间，驱动电路需要提供足够的反向驱动电压或电流，以迅速抽出剩余载流子，并加反向偏压，使主电路电流迅速下降，减小关断损耗。

所需要的触发电流或电压脉冲波形如图6-24所示。

2.隔离技术

图6-24 触发脉冲波形

逆变式弧焊电源驱动电路一般采用光耦合器或脉冲变压器实现控制电路和主电路的电气隔离。

光耦合器可以工作在线性状态，称为线性光耦；也可以工作在开关状态，称为开关光耦或光电开关等。对于逆变式弧焊电源驱动电路来说，光耦合器一般用来传递脉冲信号，应选择具有快速通断性能的开关光耦。

脉冲变压器可用于传递交变的或单向的矩形波脉冲信号，能进行电压或电流变换，并达到电气隔离的目的，其工作原理仍符合普遍的电磁定律和原理。脉冲变压器可以用于频率较高的场合。

3.驱动电路应用

图6-25所示是一种以脉冲变压器为主组成的驱动电路。

图6-25中只表示了两路同相驱动脉冲电路，在实际电源中，可根据需要增加电路套数。两路驱动的脉冲变压器一次侧可以共用同一PWM信号，共用同一个电源U_CC；而二次侧，两路相互独立，其中的稳压管起保护作用。电容C与脉冲变压器构成LC振荡电路，当PWM脉冲信号来临时，晶体管VT₁导通，VT₂截止，电容C充电，脉冲变压器输出正脉冲，驱动IGBT导通；当PWM脉冲信号停止后，VT₁截止，VT₂导通，脉冲变压器输出负脉冲，加速IGBT关断，图6-25b所示是脉冲波形示意图。

图6-25 脉冲变压器驱动电路应用

a）电路原理图 b）波形示意图

图6-26所示为一种采用光耦合器进行隔离的驱动电路。驱动控制信号经高速光耦隔离方式传输给驱动功率放大电路中的晶体管VT₁，经晶体管VT₂和VT₃构成的推挽功率放大电路进行功率放大，驱动IGBT管VT。电路中的稳压管V_S使IGBT在导通时加在IGBT栅射极间的开通电压为正，而在截止期间为负，使IGBT能可靠地截止。

图6-26 光耦合器驱动电路应用

a）电路原理图 b）波形示意图

4.集成驱动电路模块

上述两种驱动电路简单、紧凑，驱动可靠，有一定的使用价值。目前的驱动电路不仅要求具有驱动功能，往往还要求具有一定的保护功能。随着控制电子技术的发展，目前已有专用的、具有保护功能的适用于IGBT驱动的集成电路模块，例如EXB840/841、EXB850/851、HR065、M57959L等。EXB841是专为驱动400A/600V或300A/1200V以下的IGBT单管或模块而设计的混合集成驱动电路。其驱动信号延时时间t_d≤1μs，适宜于高达40kHz的逆变电源开关电路。

图6-27 EXB841内部简化电路

EXB841的内部保护电路可简化为如图6-27所示的形式，除了必要的电压基准外，主要由隔离放大电路和过电流保护电路组成。EXB841模块内装TLP550高速光耦信号隔离电路，具有过电流检测、切断电路等功能。它对10μs（由6脚的快恢复二极管的正向导通压降决定）以下的过电流信号不予响应，一旦确认为过电流，则低速切断电路，慢关断IGBT，以防止集电极电压尖脉冲损坏IGBT。这类驱动器不仅实现了主电路与控制电路的高、低压隔离，提供所需的驱动电流，还兼有对IG-BT短路过电流的保护功能。此外，它的外围元器件较少，使得电路的设计大为简化，电路体积减小。

驱动电路应用于逆变式弧焊电源的选择和保护

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