IGBT驱动与保护电路 - 一款并联谐振逆变电源设计方案

　　加热工件在加热过程中会引起谐振频率的变化，为使逆变器可靠工作，逆变器需要始终工作在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态，以实现逆变器件的零电压换流。图5显示了逆变器触发控制电路的构成。对逆变电源的负载正弦电压采作为锁相环PLL的输入参考电压。考样、过零比较，得到U1（t），虑到触发，驱动电路和开关器件的延时等情况，在PLL内部加入了相位补偿电路，构成无相差锁相环电路。锁相环的输出电由U2（t）产生的Ⅰ、Ⅱ两路压U2（t）与输入 U1（t）可实现零相位差，驱动输出即可实现图4中逆变器VT1~VT4的触发脉冲波形。

　　4、IGBT驱动与保护电路

　　本电源采用IGBT作为逆变开关和直流斩波器件，虽然具有电流容量大、驱动功率小、开关频率高等优点，但IGBT过流过压能力相对晶闸管较弱，尤其是其承受反压能力更加脆弱。因此IGBT驱动及保护电路性能的好坏直接影响到电源运行的可靠性和高效性。本设计中IGBT的驱动采用日本富士公司EXB系列的 EXB841集成化驱动电路，它适合驱动300A/1200V以下的IGBT，其最高工作频率为40kHz.

　　图6为IGBT驱动保护电路，当IGBT在发生故障或调试时出现过电流或短路的情况，可通过EXB841驱动电路内部设有电流保护功能进行保护，EXB841判断过流的依据是检测IGBT的集-射极间的电压，这里在IGBT集电极与EXB841的6脚间串联一个快速恢复二极管 EAR34-10，该二极管正向导通压降为3V，反向恢复时间150ns.可以有效地提高EXB841对过流判断的灵敏度，增强保护能力。为防止IGBT 受外界干扰使栅射电压过高引起器件误导通，尤其是在有上下桥臂的变换器或逆变器中，易造成同臂短路。在栅射极并接一电阻RGE，并在栅射极间并接2只反向串联的稳压管。

　　在设计中同时还加入了RS触发器：当IGBT发生过流时，EXB841的5脚电平为低，RS触发器的S端变为高电平，输出端Q输出高电平，经过三极管输出的本地过流信号为低，此电平加到与门上可封锁EXB841的输入信号，达到及时撤出栅极信号、保护IGBT的目的。

　　另外一个可封锁EXB841的输入的信号为母线过流信号，如图7.当逆变器输出端负载短路、逆变驱动电路工作不正常或换流失败时，均会引起短路过流。通过霍尔电流传感器监视逆变器输入的直流母线的电流，转换成电压信号，送入高速比较器与基准电压相比较，当超过基准电压时，表示有母线有过流情况发生，过流保护动作。比较器输出高电平，三极管导通，则输出为低，实现可靠的过流保护。

　　结束语

　　本设计的PWM斩波功率调节电路中运用PI调节闭环控制能够提高系统的工作稳定性。锁相环逆变器频率跟踪电路的设计，可实现在加热过程中负载参数变化时对谐振工作频率的自动跟踪，使逆变器工作在容性近谐振状态，保证逆变器的运行安全。