基于EXB841的IGBT驅動和保護電路研究

⑶ 虛假過流故障識別與驅動信號鎖存電路

當IGBT過流工作時，EXB841的6腳靠上文論述的過流檢測電路檢測到過流發生，EXB841進入軟關斷過程。內部電路（C3,R6）產生約3µs的延時，若3µs后過流依然存在，5腳輸出低電平作為過流故障指示信號，高速光耦6N136導通，三極管Vs01截止，過流高速比較器LM319輸出高電平，電容C03通過R06充電，若LM319輸出持續高電平時間大于設定保護時間（一般為5µs），C03的電壓達到擊穿穩壓管Vs03的電壓，使RS觸發器CD4043的置1端為高電平，從而Q端輸出高電平，Vs02導通，集電極輸出低電平，利用由74LS09構成的與門封鎖輸入驅動信號。CD4043的信號延遲時間最大為幾百個ns,而74LS09的信號延遲時間最大為幾十個ns。因此，保護電路在信號響應上足夠快。圖2中，在RS觸發器的R端加了復位按鈕，發生故障時，RS觸發器將Q端輸出的高電平鎖住，當排除故障后，可以按動復位按鈕，接束對柵極控制信號的封鎖。

Vs02的集電極輸出同時接微處理器，可及時顯示故障信息，實現故障報警。EXB841的軟關斷時間是由內部元件R7和C4的時間常數決定的，為了提高軟開關的可靠性，在EXB841的4和5兩端外加可調電阻Rw2，可調節軟關斷時間，在4和9腳兩端外加電容 C01，可避免過高的di/dt產生的電壓尖峰，但應合理選擇二者的值，太大的值將增大內部三極管V3的集電極電流。

5 實驗結果分析

圖3為實測典型驅動電路驅動波形，圖4為實測優化驅動電路波形。通過兩圖的對比，不難看出，典型驅動電路的反向關斷電壓不到-5V，正向驅動電壓小于14.5V。而優化驅動電路的反偏壓則基本達到或接近于-8V，正向驅動電壓更是超過了+15V，正反向驅動電壓值得到調整的同時，前后沿陡度也得到極大改善。

原EXB841典型驅動電路應用到大功率高壓高頻脈沖電源中，電源逆變部分由于負偏壓不足，容易引起橋臂直通，導致IGBT經常炸毀。又因為高頻造成的強電磁干擾，致使IGBT電流較小時就產生虛假過流的故障保護，使得設備無法正常運行。優化電路應用到電源后，以上故障均得以很大程度上的消除。能夠滿足設備正常工作的要求。

6 結論

本文在對IGBT器件的驅動要求進行深入分析之后，在研究了EXB841驅動原理的基礎上，指出了其存在的諸多不足。再結合這些問題設計了實用性較強的優化驅動電路。該電路具有較強的過流識別能力，并能夠區分真假過流，從而對系統進行有效保護。將優化驅動電路應用于大功率高壓高頻脈沖電源中，證明了所設計的電路完全可以對IGBT進行有效驅動、控制和過流保護。