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1、第五节：电路运行条件对第五节：电路运行条件对PM开关过程的影响开关过程的影响1. PM的等效电路模型中的三个电容为极间电容手册中给出电容：输入电容输出电容反馈电容gdgsissCCCgddsossCCCgdrssCC 板间电容与数值均与 有关，当 时，各电容的数值随 而急剧上升，当 ，各数值就趋于稳定。dsUVUds25dsUVUds25（1）开关等效电路的恒定1.PM具有线性电流转换特性：DI)(TgsmUUGondsRU0截止状态放大状态全导通状态在放大区， 是恒定的mG2.极间电容中的位移电流对转移特性无影响，即上面的模型可用于 动态和静态（2）小信号微变等效电路放大倍数：HVmgsds
2、VjAUUA1式中：)(,1,00gddsHHHmVmCCRRgA是微变跨导mg二.纯阻负载下PM的开关过程（1）输入电路的时间常数栅极回路的充放电时间常数issC11gdgsCCTgsUU 0DI202)1 (gdmgsCgRC33gdgsCC 截止放大区全导通区dscdsUU issC（ 中）gssgsTdscdsUUUUU,（ 小）issC（ 大）issC对于VN10A12，PFCPFCPFCdsgdgs230,60,650（2）开通过程:开通时间 三个阶段ont1) 延迟时间,截止,时间常数)(111gdgsgiCCRdt2) 电流上升,放大,时间常数)(222gdgsgiCCRrtg
3、ssgsUU 3) 全导通,时间常数)(333gdgsgiCCR(小)(大)(中)开通时间:rdonttt对于VN10A12,nstnstrond250,60)(3)关断过程1)关断延迟时间:dt1ggsUU gssU3ii(中速)2)电流下降:ftgssgsUU 2i(慢速）TU3）TgsUU 2gU1 i（快速）关断时间：,fdoffttt对于VN10A12，nstnstfd135,135小结：开关过程分为三个阶段1PM截止，充放电时间常数小，)(111gdgsgiCCR,TgsUU 2,gssgsTUUUPM放大，充放电时间常数大，)(222gdgsgiCCR3,gssgsUU PM全导
4、通，充放电时间常数中等，充放电速度中等三.感性负载下PM的开关过程（1）基本规定：1. 为理想的方波;2.负载电流为恒定值;3.极间电容为常数;4. ;5. 为理想二极管6.分布电感guconsgm0D0DL(2)开通过程分析1.电路初态, 时区A, PM断态,0002, 0,IiiUUiuuDddsDgg2.开通延迟区,时区B,PM仍在截止区起因:结束标志:2ggUU1gUTgsUu 时间常数:issggdgsgiCRCCR)(与阻值负载的延迟相同延迟时间:TgggissgdUUUUCRont121ln)(当)(,;)(,;)(,1ontContRontUdissdgdg为了缩短 ,应减小
5、,增大 ,选用 小的管子)(ontdgR1gUissC3.T-T0,换流区(时区C)电压反馈起作用4.电压下降区(时区D),PM仍在放大区在这个区域,consUGIuIiTmgsD00,所以 出现了平台gsu当onRIuttds03,5.栅压过充区(时区E) 电容放电, 上的电流增加ossCDi（3）自学四.作业五.栅极电荷特性： 栅极电荷特性及其测试条件由于极间电容是 的函数，用极间电容设计开关时间会很麻烦dsu通常采用栅极电荷特性计算开关速度和驱动电路当tIQtCICQuconsIggigiggsg,与 只差一个常数，gQt与 的波形等同于 与 的关系gsutgsugQ1）当 时，S关断，
6、 开始充电， 线性上升，由于,0tttgsCgsugsduu 略去 变化对 电容上的电压的影响。gsugdC当TUtuttTgs,)(,10开始进入放大区，00tIQg2）当,10ttt，当 时， ， 仍然导通，所以0tt 0Di0DddsUU。 继续线性上升gsu,000DDDgsmDiiiIugi当 时，1tt 000,0,DiIiDDgssgsuu关断22tIQg3）ggssgsiconsuuttt,21完全流入;gdC当ongsRIutt02,进入电阻区4）gittt,32向 和 同时充电，当gdCgsC3tt 时，313,QuuQQggsg代表在栅极电压 的条件下，栅极电路提供的总电
7、荷1gu另外一个结论是：当 下降时， 下降， 也同时下降du2t2Q电路条件对栅极电荷特性的影响1.当ID=constant,Uds增加,栅极电荷Q2增加原因: 当 ,在图1-24中的 将减小dsU2t2. 对栅极电荷Q影响不大,如图1-26DI2.驱动功率很小,可以略去不计利用栅极电荷特性设计驱动电路1. 的选择:1gU21tiUgg开关速度升高2Q栅极电荷增加,驱动损耗增加例如:当nCQVUg15,721nCQVUg20,1021MOSFET与IGBT的驱动电路一.栅极驱动电路的基本功能及要求1.提供信号和功率保证器件的开启和关断;2.电隔离;3.具有较强的抗干扰能力;4.具有保护功能二.
8、常用的几种集成驱动电路 混合方式的驱动电路UC3724和UC3725是一对UC3726和UC3727是一对以UC3724和UC3725为例讲述这种驱动电路1.UC3724,调制器, 低频控制信号, 是高频调制信号入出外接 和 决定了载波的频率0R0C2.UC3725调制器: 高频调制信号, 低频控制信号入出3.UC3725和UC3724由高频变压器以实现隔离4.UC3725工作原理: 为高频调制信号,REC1和REC2 电容C1和C2组成整流滤波电路为输入端,T1和T2提供负电源电压CA是鉴幅器,把 解调与 同步的驱动信号bauu ,ausuG,S是UC3725的输出,为高频调制信号经驱动电路
9、和管子的输入电容组成了低通滤波器,因此,加MOSFET或IGBT的驱动信号是一个与 相同的信号su5.特点:UC3724和UC3725共电源共电压,控制信号的频率不宜 大于100KHZ半桥电路的驱动电路IR211X系列(100KHZ以下)以IR2110为例介绍这种驱动电路1.电路结构:有两个通道,H为高压通道,L为低压通道,两个通道在输入级为共地,输出级的隔离电压为500V,即5脚与2脚之间可以承受-5V500V的电压.这个电路包含有入级,电平转换级和出级2.输入级:9脚:VDD的电源电压=520V,13脚为输入级的参考点10脚:Hi高压通道的输入端12脚:Li低压通道的输入端11脚:SD封锁
10、信号高电平,两路信号均被封锁低电平,两路信号均可以输出SD=3.电平转换电路:LS1的输入端的电源为VDD和VSS,输入端的电源为VCC(3)与Com(2)LS2的输入端的电源为VDD和VSS,输入端的电源为VB(6)与VS(5)4.输出级：低压侧通道：由T3，T4组成的推挽电路，使得这个电路的最大输出 为2A供电电源为：VCC(3)和Com(3)高压侧通道:供电压VB(6)和VS(S)5.工作波形:双电源供电9675103HiLi213H015V15VL0HiVss(地）LiVssL0地comH0Vs地6.IR2110的应用电路和自举电路DB和CB组成了自举电路,当T6/On时,ComTCD
11、UVuBBCA6,0向CB充电;当T6/Off 时 DB/Off,IR2110的高侧通道由CB电容供电自举电路的参数设计:DB的选择:耐压 平均电流 式中, fs为开关频率,Qg为栅极电荷CdRmUUUsgsgDmfQTQI(1-117)(1-118)CB电容的选择:RCgBBUUQkC(1-119)式中,UR是允许的最小压降,大于8V,KB1,KB为安全系数常取:VUVURC10,15EXB840系列驱动电路(40KHZ以下)逻辑结构如图2-31(a)所示,方框1为过流保护,方框2为信号隔离,方框3为电压变换电路6脚:短路过流信号输入端,接IGBT的C极或MOSFET的D极5脚:过流保护的输
12、出信号,用于在IGBT故障时切断输入信号4脚:外接电容器,防止过流时误动作过流保护的原理:当IGBT正常工作时,D7/on,T3/off,T4,T5的基极电路 不受T3控制;当IGBT过流时,D7/off,T3/on,D6/on,T4, T5的基极D为低电平,封锁了输入信号方框1.过流保护电路,由T1,T2,D6,D7,DZ1和C7,R3,R4,R5,R6,C3,R7,R8,C4组成方框2:信号隔离电路,由光耦ISO1组成开启过程:当ISO1的输入端接受10mA的正向电流时,光耦的输出三极 导通,A为低电平,T1,T2/off,D点为高电平,T4on/T5off关断过程:当ISO1的输入端没有
13、电流时,光耦ISO1由导通变为off状态T2,T1/on,D为低电平,T4off , T5on供电电源:2脚9脚为20V,DZ2为5.1V,以1脚为参考点时,2脚为+15V, 9脚为-5V的电压,由于有负电压供电,使得IGBT的栅极电荷 迅速泻放,加速了关断速度2.图2-31(a)原理框图,(b)电路图,(c)实际应用图3.EXB840与EXB841应用见表2-1,Rg是基极驱动电阻过流保护：故障状态下器件安全保护的方法是封锁栅极驱动信号，驱动电路必须附加各种保护功能MOS管的过流保护问题：1.电压采样方式图1-41(a)dsoDjgsUIconsTconsU,图1-41(b)dsojDgsUTconsIconsU,所以 可以作为过流和过热的采样信号dsoU2.电流采样方式具有电流检测功能的MOS管电流检测端 ，相当于附加了一个源极SC电流检测回归点 ， 是 极上的电流， 是源极的电流，KSCSISCSI,/rIISCS对于每一个器件而言，r为一个常数，r1目的:用小电流检测大电流的方法,以降低功耗