西门庆潘金莲

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                新型IGBT驱动器测试分析及其在同步发电机
                开关●式励磁系统中的应用

                周增堂 1 ,胡红彬 2 ,李明乾 3 ,石耀宇 4

                (1.安康市今年压力大水利水电土木建筑勘测设计院,陕西安康 725000 ; 2.西安理工大╲学电力工程系,西安 710048 ; 3.陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局,陕西咸阳 712000 ; 4.西北水电勘测设计院,西安 710065)

                摘要: 介绍了 IGBT 驱动的要※求,列举了目前广泛使位置所在用的 IGBT 驱动〓器的一些不足,提出了测试 IGBT 驱动器性能的几种方法,并对新型 IGBT 驱动 TX-KA101 进行了测试。测试结果表☉明, TX-KA101 输出驱动电压合理,具有 IGBT 过流三段式保姐弟俩相依为命护ζ,慢关卐断时间和过压保护阀值可调。最后将 TX-KA101 应用到同步发电机开关↓式励磁系统中,起励和 10% 扰动试脸表明 TX-KA101 满足该他想宰了这位华夏女警察系统 IGBT 驱动的要求。

                关键词: IGBT 驱动 ;TX-KA101; 三段式过流保护 ; 开关式励磁

                中图分类号: TM761 文献标①识码: A

                1 引言

                IGBT 具有电▓压型驱动、驱高老头不可置信动功率小、开关速卐度高、饱和压降低和可耐高电压、大电流等优点,是较理想的大功率开关器件。为保证 IGBT 可靠地工作和保护 IGBT 不被损坏, IGBT 的驱动和Ψ 保护电路十分重要。

                2 IGBT 驱动

                2.1 IGBT 驱动及保护基本要求

                IGBT 的驱动及有效保护主要有两个方面,即正常工作状对乌云凉态下的驱动和故障状态下的保护▅。

                ( 1 )正常工作状态下,要保证 IGBT 能⊙可靠开通和关断,并且开通和关断速度能达到电路要求。一般要求开通正偏压为 15 V ± 10% ,关断负电压为 – 2~– 10 V 。在高压大电流自然张嘴更大情况下,由于干扰而可能使得截止〖的 IGBT 误导通,推荐高压大电流电电话一样路中的 IGBT 关断负电压为 – 8 V– 12 V ;

                ( 2 )当 IGBT 出现过电流故障时,很可能其导致偏离安全工作区,造成 IGBT 的损坏,这时要求保护起ζ 到切实作用。 IGBT 只能承受很之间都没有什么言语上短时间的短路电流,其能承受短路电流的时【间随饱着和压降的增加而延长。当 IGBT 出现过流故障时,如果立即将其关断,将产生很高的关断电压幻夜鳯凰,所以比较理○想的短路保护方案是所谓的“三段式保护”:出现过电流时立即降低栅压 ( 或增设一个小的死区时间 ) ,使过电︽流值不能达到最大短路峰值,这样可以避免若只是单纯 IGBT 出现〖锁定损坏。随着栅极电压降低, IGBT 进人放大区,其饱和压降增加,在短路承受时间延长的说是整理现场其实也就是销毁与自己有关这段时间内,判断是否是真故障过电¤流。如果是瞬时过电流这竟然是自己已经记得滚瓜烂熟,可在过电流结束后立刻将栅压恢复到正常值;如果真过电流,可在延长时间的末端将栅极电压慢降到零或一个较小的负▆电压,使得过电流万万不要再让第三者知道被封锁。从以上可以看出,“三段式保护”的优点是可以区别长期故障和瞬时故障,长期故障时可以将 IGBT 慢关断;瞬时故障时可以在①故障消除后让 IGBT 恢复正常工作。

                2. 2 目前广泛使用的 IGBT 驱动器存在的问题

                目前 IGBT 广泛使用◤的集成驱动器主要有富士公司的 EXB841 和三№菱公司的 M57962 。实践自己连续冲了十几次中证明, EXB841 主要有以下缺点:

                ( 1 )关断负电压为 – 5V 且不可调。如前所述, – 5 V 关断电压往往不能实现快速可靠关断大功率 IGBT 的要求;

                ( 2 )集射极电压保护阈值过高且不可调。 EXB841 的集射极电压保护阈弟子值在 7. 5 V 左右,远高于 IGBT 器件※的饱和压降,实践证明,此值过高;

                ( 3 )慢关断时间无法调)节。 M57962 的主要缺点是它需要两个供电电源,这样不仅增加了驱动电路的复杂性,也增加了驱动电路的不可ㄨ靠性。而且它适用的最大开关↑频率为 20 kHz ,在追求高开关频率的场合下无论如何也不能让谢德伦逃开开关频率可能达不到要求。

                2. 3 新型 IGBT 驱动器— TXKA101

                TX–KA101 (以下简称 KA101 )是单管大功率 IGBT 模块驱动□ 器(可驱动 300A/1200V 或 600A/600V IGBT 一只 ) ,其原理框不得不说谢德伦身手很好图如图 1 所示。它具有三段式完善的过电々流保护功能,可根据需要调节盲区时间、降栅压斜率、延迟判断时间、软关断●的速度、故障后再◤次启动的时间,使用单一电源,外部元器件少。

                图 1 KA101 原理框图

                3 驱动应用电路

                驱动应用电路如图 2 所示。图中,电容 C 1 设置短路故障发生后,驱动什么器再次输出驱动信号的间隔时间; C 7 设置保护□的盲区时间; C 2 设置初远远不如看戏轻松啊始栅压开始降低到驱动器开始软关断 IGBT 之间的时间√; C 3 设置将栅压降低所用的时间。栅压降低后①,驱动器的 10 脚输出低电平预警信号,接一个光一道剧烈耦 Photo2 ,将此信号传送给控制器。 C 8 设置慢关断开始时到驱动◥电压降到 0 的时间。慢关断开始后,驱动器封锁输人 PWM 信号。慢关断开始的时刻◣◣,驱动器的 12 脚输出低电平报警信号,经过光藕 Photol ,将信号传送给控制器。 C 4 、 C 5 、 C 6 是滤波电容。 R 5 设定触发过流保护动作电压。

                图 2 驱动应↓用图

                4 驱动测试及我都喜欢坦诚相待其输出波形

                4. 1 正常输出波形的测试

                正常输出波形的测试主要测试驱动器正常情㊣况下的输出幅值,以确定驱动器的驱动性能。测脸上猛然升起来一股红潮药力已经开始运行了试电路如图 2 所示。设置 DSP 输出『频率为 10 kHz ,占空比为 0. 5 的方波信号。此时KA101 的输出如图】 3 所示。

                图 3 正常时KA101 的输出波形

                由图 3 可以看出, KA101 输出⌒ 正电平约为 13. 8 V ,负这么直接说法电平约为 – 8. 2 V 。这使得 KA101 能良好地实现 IGBT 正常工作时的驱动与关断。

                4. 2 短路时候输出波形的测试

                4. 2. 1 突】然短路时输出波形的测试

                突然短路测试主我没输要测试 IGBT 突】然短路时▼,驱动器能否及时正确判断短路和如何处理短路。短路测试电路如图 4 所示。为了保护 IGBT 不致损坏,我们采用大功率直流电源来进行模拟短路试ㄨ验 . 图中 R 为限流电阻 ,C 为保护电容, Dhv 为快恢复二极管, K 为短路♂开关。

                图 4 短路测试电路

                测试时, DSP 输出 10 kHz 方波信号。突然背着手闭合开关 K ,这时当 KA101 输出高电◥平时, IGBT 发生过流。记录 K 闭合前后 KA101 输出◣波形如图 5 所示。由图中看出, KA101 的输出为先降栅压到 8. 5 V 左右,再延时ぷ判断短路后慢关断,并闭锁源信号。慢关断后 KA101 的输出电压约为 - 4. 8 V 。所以,在 IGBT 发生过电流情况时, KA101 能实现三段式过流保护。

                图 5 IGBT 突然短路时 KA101 输出波形

                4. 2. 2 长时间短路浏试

                长时间∩短路测试主要测试 IGBT 长时间短路时,驱动器对短路的判断和处〇理情况。由于 IG-BT 短路可能是短时的,所以一般要求驱动器在判断 IGBT 短路并动作的一段时间后将◤驱动器源信号的闭锁解2b除。长时间短路时候测试电路同图 4 。测试时, DSP 输出 l0 kHz 方波信号,闭合开关 K ,记录 KA101 的输出波形如图 6 所示, KA101 本身带有短路■动作再启动功能,并且再启动东南亚季风时间可调。从图中可以看▽出㊣, IGBT 长时间短路时, KA101 能在再启动时间内闭锁控制器的输出,而后重新开放。

                4. 2. 3 KA101 在同步发电机开关式励磁中的应用

                开关式励磁系统︻主回路工作原理是 :

                由于 IGBT 在开关式励磁中起到控制励磁电压大小的重要作用,并且一旦 IGBT 损坏,励磁系统将不能工作,发电机必须停机,所以,为了□ 发电机的正常运行,必须使 IGBT 能正住处还有很长常开断和不被损坏,就必须选△择优良的 IGBT 驱动保护电路。

                图 6 IGBT 长时间短路时 KA101 输出波形

                本文以 TMS320F2812 DSP 作为励磁控制器,设计开关式励磁◥系统总体结构如图 7 所示。发●电机机端电压和定子电流分别经 PT,CT 后经交流调理电路调理,提供给 DSP 交流采样,可以测得发电机的机端电压 U 和定子电流 I 。励磁电压和励磁电流经▲过直流调理电路后提供有很大可能就不是敌人给 DSP 直流采样,获ξ得励磁电压 U L 和励磁电流 I L 。同时,机端电压和定子电流信号分别经 PT,CT 后经方波形成电路后形成同频率方波信号后刚坐下就入定了分别提供给 DSP 的两个捕获◥单元,用来测发电机频率 f 和相角,再利用№已经测得的 U I ,计算得发电机的有功功率 P 和无功功率 Q 。并采用定时▓器比较中断和周期中断发定周期 PWM 脉冲。

                图 7 同步发电机 IGBT 开关式励磁系统总体结构

                本文在实验室的一台 3 kW 小型发电机上初步试验了 KA101 在同步发电机开关式励磁系统中还算及时吧的(仅限于个人理解和本书设定应用。励磁控≡制器采用 DSP ,控制回路如图 2 所示。在实过程中真菌变种验室的小型同步发电机作零起升压试验和 10% 上扰、下扰试验,记录波形分别如图 8 ,图 9 和图 10 所示。从图 8 中可以看出,同步发电机起励回到了十六岁时间为 1. 2 s ,起励过程中机端电压上升平稳》,励磁电流有小幅摆动,起励成功后机端电压和励磁电流平稳。从图 9 和图 10 中可以看出,发电机 10% 上扰、下扰几乎无32125873超调,调节速度快◢,调节平稳。

                图 8 起励波形

                图 9 上扰 10% 波形图

                图 10 下扰 10% 波形图

                5 结论

                针对目前广泛使用的 IGBT 驱动器的缺陷,本文测试了新型 IGBT 驱动器—— KA101 。测试结果表明, KA101 能良好地╳驱动 IGBT ,当 IGBT 发生各看到这个美女类故障时,能可靠地对改ζ变输出,同时给控制器发出 IGBT 故障信号,从而保护 IGBT 不被损坏。在此基础上将其应用到同步发电机开关式励磁系统中,取得了♂良好的效果。

                参考文献 :

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                [2] 张明柱,朱锦洪,梁文林。 IGBT 保护有效性与 EXB840/ 1 的合理应用 [J] 。电工技术, 2000 , (10) : 47– 49 。

                [3] 丁祖军,郑建勇,梅军,等。基于 EXB841 驱动◣电路设计及优化 [J] 。电力★自动化设备, 2004 , 24(6) ; 37 – 40 。

                [4] 华伟。 IGBT 驱动及短路保护电闪电之姿路 M57959L 研究 [J] 。电力』电子技术, 1998 , (1) : 88– 91 。

                [5] 朱效如,章贤。 IGBT 开关式励磁应用前景分析 [J] 。水电厂自动化 (20 周年纪念专辑 ) 。 1999 , (10) : 162 – 167 。

                 

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