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如何軟件實現IGBT的驅動和保護功能?

作者:海飛樂技術 時間:2018-05-23 10:23

  絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是由大功率晶體管和MOSFET組成的復合全控型電壓驅動式電力電子器件、它集兩者的優點于一身,在許多領域獲得廣泛應用。但在應用過程中,最主要的一個問題是如何保護IGBT不受損壞,這直接影響產品的穩定性和可靠性。本文針對阿1400R121P4這款IGBT,通過F2812芯片和CPL.D來實現驅動和保護功能。
 
  一、IGBT驅動的實現
  我們采用F2812的全比較單元產生PWM驅動波形,由于上管和下管的導通時間延時為0.2us左右,關斷時間延時為0.85us左右,理想的PWM波形會上下管同時導通,這是很危險的。我們用了死區控制器DBTC0Nx,使用前后的波形如圖1、2。

圖1 橋電路理想驅動波形
圖1 橋電路理想驅動波形
圖2 橋電路實際死區的驅動波形
圖2 橋電路實際死區的驅動波形 
圖3 驅動回路的系統圖 
圖3 驅動回路的系統圖

 
  驅動回路的系統圖如圖3。
  XC95288XL軟件上的保護如下:
  assign PLD_O_PWM1=( ( PwmProtect | igbtstatus) ? 0:DSPPWM1);
  其中PwmProtect 信號是死區控制信號,為1時不輸出PWM驅動信號, Igbtstatus是IGBT狀態反饋信號,當IGBT有異常時反饋高電平,同時不輸出PWM驅動信號,只有當PwmProtect和 igbtstatus信號都正常時。DSP的驅動信號才輸出到CPLD。輸出到CONCEPT驅動板部分的電路如圖4,采用了光纖傳輸確??煽啃?。
圖4 輸出到CONCEPT驅動板部分的電路 
圖4 輸出到CONCEPT驅動板部分的電路
 
  二、驅動保護的實現
圖5 狀態機 
圖5 狀態機
  我們不僅需要穩定可靠的驅動信號,還需要實時監控IGBT的工作狀態,防止不確定的因素及干擾導致上下管同時導通的情況發生。在光纖板上,6個功率單元IGBT的反饋信號采用或的關系,即有一路lGBT故障,就反饋故障信號(高電平)給DSP,DSP判斷反饋信號后切斷PWM輸出。根據IGBT正常和出故障時的信號,可以得出,當IGBT_STATUS的第二次信號大于1us時,認為IGBT發生故障。因此使用狀態機來實現,狀態機如圖5、該程序包含延時1us的程序及狀態機翻轉程序,目的是根據IGBTx_STATUS(x為1~12)來得到是否故障的信息。當IGBTx_STATUS高電平持續時間超過1us,flag信號變為高電平,IGBT的故障信號IGBT_fault也變為高電平傳遞給控制芯片將輸出鎖死。
 
  三、結語
  通過分析IGBL的反饋特性編寫了CPLD的驅動保護程序,實驗證明,由于IGBT在工作的時候會有固定的反饋波形,當檢測到持續的高電平時間達到1 us的時候就表明lGBT有故障,通過上面的仿真圖形可以看出,軟件實現保護時可以配合器件本身的反饋信號,精確實現有故障時的保護,從而有效地保護了器件。




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