三极管推挽电路设计

当驱动光耦的输出能力无法满足igbt门极驱动电流的要求时,要选择使用推挽驱动。
(1) igbt门极峰值电流计算
参考英飞凌的应用手册,igbt门极峰值电流
imax=0.74*△vge/(rg+rint)
△vge为igbt驱动电压变化量,rg为外加门极电阻,rint为门极内部电阻,0.74为考虑到驱动器内阻和引线电感而设置的校正系数。
假设igbt在开通和关断的过程中,门极等效电容cge恒定。 对于igbt门极回路可列出微分方程
ld2ig(t)/dt2+rdig(t)/dt+1/cge*ig(t)=0
求解方程(4)得到imax的表达式(5),其中e为2.71828。
imax=2*△vge/(er)≈0.74△vge/r
其中l为门极驱动回路的杂散电感,r为驱动电阻总和,包括rg和rint,ig(t)为随时间变化的门极电流。
注意事项:
1、在计算门极峰值电流时,理论值往往比实测值大,这是由于驱动回路杂散电感导致的;
2、外加门极电容越大,开通、关断时门极峰值电流越大;
3、对于驱动推挽电路没有直接安装在igbt上面、推挽后级有驱动长线的应用,在外加门极电容的情况下,门极峰值电流实测值和理论值相差得大一些。
(2)三极管推挽电路组成及优缺点
常见的用三极管构成的推动级电路如图所示,上管用npn三极管,下管用pnp三极管,组成推挽放大电路。
优点:正逻辑,简单,非常容易用。
缺点:
1、饱和导通时有0.7v的饱和压降;在做驱动器的输出级时,损耗较大,在开关频率较高时,发热尤其明显;
2、在峰值驱动电流较大时,三极管的ce电压降变得较高,因此为了保证门极电压为15v,电源电压需要设计为17v~18v;
3、三极管响应速度慢,基极到发射极的相响时间稍长,在做有源钳位的反馈通道时,显得有点慢;
4、三极管的基极电流会受igbt门极充电电压的影响;
5、三极管的增益随着电流的变化而变化。
三极管推挽电路存在两种情况:输出端分开、输出端连接在一起的情况,如下图3所示,在图3(b)中,可在开通或关断电阻所在支路串联二极管,从而使开通或关断电阻阻值不同。
推挽输出端连在一起时,推挽三极管承受的反压较小; 推挽输出端分开时,推挽三极管承受的反压较大,反压主要是由开关电流在驱动电阻上的压降形成的。
(3) 推挽三极管的选型
① 推挽三极管的集射极电压vceo
推挽三极管的集射极电压vceo的80%大于驱动总电源vcc+vee。
②推挽三极管的集电极电流峰值icm
集电极电流峰值icm要大于igbt门极峰值电流ipeak,但要保证三极管增益曲线中ipeak所对应的hfe大于50(建议值)。
③推挽三极管基极电阻的选择
推挽三极管基极电阻的选择步骤:
1、计算门极峰值电流ipeak;
2、查三极管的增益曲线,找出ipeak所对应的hfe;
3、计算基极电流ib;
ib=ipeak /hfe
4、计算基极电阻,其中△vge为igbt驱动电压变化量,所选择的基极电阻应小于该阻值。
rb=△vge/ib
注:应对npn和pnp三极管分别计算基极电阻,若两个三极管的基极电阻共用,应选择较小的基极电阻。
注意事项:
1、 若减小推挽三极管的基极电阻,则开通时igbt的门极电压会偏高;
2、 无论基极门极电阻、三极管增益如何变化,igbt关断特性与反向恢复能量基本不变;
3、 对于某一类增益确定的三极管,随着基极电阻的增大,开通延时、上升时间、开通损耗等增加,开通di/dt、du/dt、反向恢复du/dt减小;
4、 若基极电阻固定,增益越大的三极管,相应的igbt损耗越小,但当基极电阻小到一定值后,两种增益三极管的开通损耗基本相等;
5、驱动推挽器件布线时的注意事项
① 一般推挽器件发热严重,应尽量增大铺铜面积;
②若推挽器件采用直插封装,建议使用散热器进行散热;
③ 若条件允许,可以在推挽器件所在pcb板的另一面也铺铜,通过通孔连接,以改善散热。

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