一种适合中频感应加热电源的IGBT驱动技术

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1、一种适合中频感应加热电源的IGBT驱动技术一种适合中频感应加热电源的IGBT驱动技术摘要：为了满足感应加热电源中对IGBT驱动与保护功能的要求，采用北京落木源电子技术有限公司生产的专用于大功率单管MOSFET和IGBT的驱动芯片TX-KA101为核心器件设计一个驱动电路。该驱动芯片具备完善的三段式过流保护功能，工作频率高(可达80kHz),延迟时间小,驱动能力强，保护功能完善，因而非常适合10~50kW感应加热电源的应用。对此驱动电路的构成、工作原理、外围电路的设计和参数设置作了详细的描述并给出实验结果，最后经部分公司在中频感应加热

2、电源上的成功应用进一步验证了由KA101驱动芯片构成的驱动电路运行稳定可靠,效率高,发热量小，可以经受工业环境中的严峻考验。关键词：感应加热；IGBT驱动和保护；TX-KA101；三段式过流保护感应加热电源已经在工业中得到了广泛的应用，其中功率半导体器件及其控制技术的发展是影响大功率感应加热电源应用水平的重要因素。目前以IGBT器件为代表的功率半导体器件采用电压型驱动，具有驱动功率小、开关速度快、饱和压降低以及可耐高压、大电流等一系列优点[1],被广泛运用在感应加热电源中。在IGBT的具体应用中，对于不同的频率、功率等级和不同的电路

3、拓扑结构,其驱动和保护电路各不相同。因此需要应用工程师考虑方方面面的问题。针对IGBT构成的单相桥式串联谐振逆变器的感应加热电源,本文提出一种采用北京落木源电子技术有限公司生产的IGBT专用驱动芯片TX-KA101作为核心器件，附加简单的外围和检测电路构成的IGBT驱动电路,很好地解决了以上几个方面的问题。它具有驱动能力强、延时小、工作频率高的优点，在短路过流保护方面，采用优于行业其他产品的三段式过流软关断技术，能有效降低IGBT损坏的风险。同时可根据用户需求调节保护阈值、盲区、软关断时间等参数，使产品的适用性得到极大的提高。1KA

4、101驱动构成及工作原理1.1KA101主要特点TX-KA101是北京落木源电子技术有限公司生产的专用于IGBT驱动的单管大功率集成芯片，它具有驱动延迟时间小(小于0.6μs)、工作频率高(可达80kHz)的特点，驱动输出正电压+14.5V,负电压-8.5V，保证可靠的关断且避免了干扰。此外，它还具有工作效率高、发热量小、外围电路简单、保护参数齐全、使用方便等优点。1.2驱动电路原理图1是TX-KA101的原理框图，PWM信号经高速光耦HCPL-0453隔离、放大，再到输出驱动IGBT。当IGBT集射极电压超过用户设定阈值时，

5、检测过流端(7脚)就会检测到，从而启动内部的保护机制：先是有一段盲区(避免尖峰干扰)；然后是降栅压，让短路电流减小，延长允许的短路过流时间；之后再判断是不是真过流，若是真过流则进行软关断一直到可靠关断的负电平(大约-3V)，否则恢复正常PWM波。4IGBT过流保护电路的设计及参数的选择驱动器保护信号接口。4.1过流阈值设定及调试触发过流保护动作时的7脚对16脚的电压为过流阈值。当7脚对16脚(即IGBT的集射极)的电位升高到7.5V时启动内部的保护机制，在6脚与16脚间接一个电阻Rn可以根据需要调节过流保护的阈值。4.2盲区时间设定

6、检测到IGBT集电极的电位高于保护动作阈值后到开始降栅压的时间为盲区时间。因为各种尖峰干扰的存在，为避免频繁的保护影响驱动芯片的正常工作，设立盲区是很有必要的。在5脚与12脚间接一个电容Cblind可以调大盲区的时间。4.3预降栅压实践证明，IGBT的短路电流与栅压有密切的关系，栅压越高，短路时的电流就越大[2]。为避免关断IGBT时Ldi/dt过大而形成过压，导致IGBT失控或过压损坏，采用降栅压(这里Vdrop=5V)的软关断综合保护技术，以减小故障电流的幅值，延长IGBT承受短路电流的时间，通过9脚可以设置降栅压的斜率。4.4

7、延迟时间设定初始栅压开始降低到驱动器开始软关断IGBT之间的时间为延迟时间。在Tdelay时间内，如果过流信号消失，则驱动器认为这种过流不属于真正的短路，无需中断电源的正常工作，而恢复原来的驱动电平。如果过流信号仍存在，则将进入软关断的进程。在8脚与16脚间接一个电容Cdelay，可以设定延迟判断时间Tdelay。4.5软关断时间设定驱动脉冲电压从开始软关断降至到0电平的时间为软关断时间。在11脚与16脚间接一个电容Csoft，可加大软关断时间。软关断开始后，驱动器封锁输入PWM信号，即使PWM信号变成低电平，也不会立即将输出拉到正

8、常的负电平，而要将软关断过程进行到底，以确保IGBT可靠关断。5栅极电阻Rg的选取5.1栅极电阻作用选择适当的栅极电阻对IGBT的驱动至关重要，栅极电阻大，开通速度慢，开关损耗大；栅极电阻小，开关器件通断快，开关损耗小，但过小的栅极电