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驱动电路频率不足导致的IGBT失分析

[ 发布日期:2018-01-22 点击:2298 来源:中国船舶重工集团公司第725研究所检测服务平台 【打印此文】 【关闭窗口】]
    在IGBT的使用过程中,存在电路失的情况,而失的原因通常多种多样,其中种就是当驱动电路工作频率相对IGBT开关频率不足时,导致的IGBT失问题。只有对IGBT失原因进行正确面的分析,才能找出问题的根源顺利解决。帮助大家理解这种失原因背后的原理。
 
    通常来说,限制输出频率的因素是响应速度和耗散功率。但是相比之下很多驱动产品的规定输出频率上限却显得小了很多。这是为什么呢?原因之,是驱动器经过次输出翻转后并不能马上恢复稳态。如果在驱动器进入稳态前再次输出翻转,则会引发些可靠性问题。
 
    比较典型的个环节就是辅助电源。由于驱动输出功率相比于其瞬间输出峰值功率来说都比较小。因此每次输出翻转都会造成电源电压跌落,需要段时间来充电升压到正常值。好在驱动器有两个外接电容分别为上升和下降输出供电。因此,通常占空比不会受到这方面因素的限制。但是如果殊的应用场合导致输出占空比出现大幅度的突变。那就可能出现两次同向翻转的间隔时间过短,导致供电不足的问题了。这点需要注意,要把占空比变化率对输出频率裕度的损耗折算进去。
 
    再有就是外接电容的问题。般大家选用的都是铝电解电容,原因是价格较低,容值大。但是,电解电容的寿命与温度关系密切。般来说工作环境温度每上升10度,电容寿命将折损半。因此对于像轧钢机等高温应用场合就要考虑这个问题。而铝电解电容老化的直接后果是等串联电阻ESR的增大。对于驱动的储能电容来说,这意味着输出电压波动的恶化。将导致IGBT开关速率的飘移。
 
    另外个方面是结型晶体管的存储电荷问题。由于控制方式上的优势,驱动电路中往往包含有双结型晶体管而非部是场应管。双结型晶体管有个点,就是它的关断过程依赖于流经的电荷总量。这个过程也就是基存储电荷的耗尽过程。而驱动器的输出并不是连续的,在达到给定电位后就不再有输出。这实质上斩断了存储电荷释放的渠道。因此很多时候驱动器在次输出以后需要很长的时间来耗尽存储电荷。如果在它恢复至稳态前再次输出翻转。则可能导致响应迟缓,输出幅度不足和耗散功率的骤增等问题。这里需要说明的是,如果上述机理是款驱动器输出频率的主要限制因素,那么该驱动器的限工作频率与温度的相关性就会比较大。与之相应地就要注意工作频率的实际测试温度,酌情留有裕度。
 
    通过上面的分析,可以看到驱动器输出频率应当留有定的裕度。将占空比变化率计算在内。举例来说,如果占空比在相邻两个周期间,可能从33%突变至66%。那么对应的工作频率就该是当前值的1.5倍。另方面,驱动器外接的铝电解电容选用品质较高的产品,不要在市场上随意采购。尤其些厂家制的开关电源用输出滤波电容。这类电容在ESR方面有优势。再有就是,如果产品应用的温度范围很宽。比如野外移动使用的电源设备,可能在寒酷暑下使用。建议根据情况留有更加富裕的工作频率欲度。
 
    可以看到,是当驱动电路工作频率相对IGBT开关频率不足时,IGBT失问题。内容虽然不多,但都是从拥有定设计经验的电源从业者的经验中总结得出的。详细会对各位新手带来定的帮助。
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