IGBT功率模块的智能驱动器设计及故障维护

  HD680是一款单片双MOSFET高速集成驱动器，具有完全适用于驱动功率MOSFET的两个大电流输出通道，且具有低输入电流，可与CMOS和LSTTL逻辑电路相容。IHD680 系列驱动器由两个通道组成, 分别由电隔离电路、过流及短路保护电路、电源电压监测电路、状态确认电路等组成。两个通道各自独立工作, 互相之间没有逻辑连接。 (1)在I H D   系列驱动器中,控制信号利用脉冲变压器实现电气隔离。IHD 所需的驱动信号由控制电路通过MAX626提供驱动，进行电平转换，并利用二极管V132、V133实现双向输入限幅保护。输出级被设计成图腾柱  (totem  pole)电路结构形式。这种结构使该芯片具有强大的驱动能力及低的输出阻抗，其输出和吸收电流的能力可达1.5A，可对大容性负载快速充放电；对于1000pF负载，输出上升和下降时间仅为25ns，逻辑输入到驱动输出的传输延迟(上升沿或下降沿)仅为20ns，因而可高速驱动功率MOSFET。MAX626输出驱动信号分别加于IHD680差分输入端IN1+ 和IN2  +  ,IN1  - 和IN2  -连接到控制电路的地端。加于输入端IN1  + 和IN2  + 的信号的正沿使相应的IGBT 接通, 负沿使其关断。 (2)输出端S01  + 和S01  - 以及S02  + 和S02  -用于状态指示。S01  + 和S02  +接到光耦晶体管的集电极,  S01  - 和S02 – 连接到发射极并接地。当光耦三极管处于导通状态时,  S01+ 和S02  + 输出低电平,表示正常; 由于光电耦合器中的发送和接收存在电容耦合, 因此在状态输出 端连接由R136、C136、R138、C138组成 的RC 网络，可以防止由于IGBT 的高电平跳变, 输出端S01 和S02 发生短的尖峰脉冲. (3)Ucc和GND 端是IHD 驱动器的电源, 额定电压为12～15V。具有高纹波电流低感抗的电解电容C140连接到电源 的两端。 (4)G1 和G2 是驱动IGBT 门极的驱动信号输出端, 有效电压为±12～±15V。在门极输出端串接电阻（三个10Ω电 阻相并）；为了防止由于寄生效应(例如密勒效应)而使门极电压上升,产生一个超越额定门极电压的值。如果峰值电压超过IGBT标称的最大电压，会使短路电流过量,从而导致IGBT损坏,进而导致失效，在IGBT的门极与发射极之间连接的齐纳二极管(V149、V150反相串联连接)对电压进行钳位,应使IHD驱动器和IGBT的走线长度尽可能短，以此限制电感引起的振荡效应。 (5)ME1 和ME2 端子用于测量IGBT 处于导通状态时的电压降, 以保证短路和过载时对其进行保护。为保护该测量端不受IGBT集电极高压的影响,ME1\ME2串接56Ω电阻R145后与两个型号为1N4007 二极管V145、V146串联起来. (6)在  REF1 和REF2 端子上分别与E1\E2连接一个齐纳二极管.当ME1 或ME2  (测量集电极) 的电压高于Ref1 或 Ref2 的电压时,IHD 系列智能半桥驱动器能起到过压保护功能。 (7) 电解电容C141、C145连接到Cs1和COM1 及Cs2和COM2 两端,它们在DC/ DC 转换器的次级起退耦作用, 并且 能为门极电容充、放电提供达8A 的脉冲电流。为保证DC/ DC 转换器启动时不出问题, 每个通道的电容值为100μF  , 为避免次级工作电压升高, 在耦合电容两端并联一个16V 稳压管V141、V145。   常用故障维护: (1)在发射机正常工作时，经常会出现模块充电正常，但加上高压IGBT倒通后，某块模块关断，屏显“TSM    MODEL FAULT”，重新充电后加高压故障现象一样，将该模块下机用专用测试电源给双功率模块加电测试，VT100终端（或带仿真软件的PC机。终端或计算机的串口必须设置为：9600波特率，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。如图1所示用专用测试电源给双功率模块加电测试，电容充电到24V以上，接触器闭合。

(2)发 射 机 正 常 工 作 时 ，某 块 模 块 关 断 ，重 新 充 电 接 触器K1不吸合。用专用测试电源给双功率模块加电，测接触器K1线包无电压。接触器K1是通过ZSE10板上的继电器  K121进行控制的，当模块上电容电压充电达到到一定值后，微处理器发出接触器合命令RELAY-A（高电平+5V），经由A32后变为低电平使K121的继电器吸合.本文通过对IGBT门极驱动特点的分析及实际应用中故障案例的分析，使大家对IGBT 的应 用 有 一 定 的 了 解 ，可 作 为 维 护TSW2500发射机功率模块的参考。