1 )正常开通过程
当控制电路使 EXB841 输入端脚 14 和脚 15 有 10mA 的电流流过时,光耦合器 IS0l 就会导通, A 点电位迅速下降至 0V ,使 V1 和 V 2 截止; V 2 截止使 D 点电位上升至 20V , V4 导通, V5 截止, EXB841 通过 V4 及栅极电阻 Rg 向 IGBT 提供电流使之迅速导通 , Uc 下降至 3V 。与此同时, V1 截止使十 20V 电源通 R3 向电容 C2 充电,时间常数 r1 为
r1=R3c2=2 · 42us ( 2 - 17 )
又使 B 点电位上升,它由零升到 13V 的时间可用下式求得 :
13 = 20 ( 1 - e ^ (-t/r1) ( 2 - 18 )
t=2 · 54uS ( 2 - 19 )
然而由于 IGBT 约 lus 后已导通, Uce 下降至 3V ,从而将 EXB841 脚 6 电位箝制在 8V 左右,因此 B 点和 C 点电位不会充到 13V ,而是充到 8V 左右,这个过程时间为 1 . 24us ;又稳压管 VZ1 的稳压值为 13V , IGBT 正常开通时不会被击穿, V3 不通, E 点电位仍为 20V 左右,二极管 VD6 截止,不影响 V4 和 V5 的正常工作。
2 )正常关断过程控制电路使 EXB841 输入端脚 14 和脚 15 无电流流过,光耦合器 IS01 不通, A 点电位上升使 V1 和 V2 导通; V 2 导通使 V 4 截止, V 5 导通, IGBT 栅极电荷通过 V 5 迅速放电,使 EXB841 的脚 3 电位迅速下降至 0V (相对于的 EXB841 脚 1 低 5V ),使 IGBT 可靠关断, Uce 迅速上升,使 EXB841 的脚 6 “悬空”。与此同时 V1 导通, C2 通过 V1 更快放电,将 B 点和 C 点电位箝在 0V ,使 VZI 仍不通,后继电路不会动作 , IGBT 正常关断。
3 )保护动作
设 IGBT 已正常导通,则 V1 和 V2 截止, V4 导通, V 5 截止, B 点和 C 点电位稳定在 8V 左右, VZ1 不被击穿, V3 不导通, E 点电位保持为 20V ,二极管 VD6 截止。若此时发生短路, IGBT 承受大电流而退饱和, Uce 上升很多,二极管 VD7 截止,则 EXB841 的脚 6 “悬空”, B 点和 C 点电位开始由 8V 上升;当上升至 13V 时, VZ1 被击穿, V 3 导通, C4 通过 R7 和 V 3 放电, E 点电位逐步下降,二极管 VD 6 导通时 D 点电位也逐步下降,从而使 EXB841 的脚 3 电位也逐步下降,缓慢关断 IGBT 。
B 点和 C 点电位由 8V 上升到 13V 的时间可用下式求得
13 = 20 ( 1--e^ (--t/r1)--8e^ (--t/r1) ( 2 - 20 )
t == l · 3uS (2 - 21 )
C3 与 R7 组成的放电时间常数为
T2 == C3R7 = 4 · 84uS ( 2 - 22 )
E 点由 2 0V 下降到 3 . 6V 的时间可用下式求得
3 . 6= 20e^ (--t/r2) ( 2 - 23 )
t = 8 · 3uS ( 2 - 24 )
此时慢关断过程结束, IGBT 栅极上所受偏压为 0oV (设 V3 管压降为 0 . 3V , V6 和 V5 的压降为 O .7V )。
这种状态一直持续到控制信号使光电耦合器 IS0l 截止,此时 V1 和 V 2 导通, V 2 导通使 D 点下降到 0V ,从而 V 4 完全截止, V 5 完全导通, IGBT 栅极所受偏压由慢关断时的 0V 迅速下降到一 5V , IGBT 完全关断。 V1 导通使 C2 迅速放电、 V 3 截止, 20V 电源通过 R8 对 C4 充电, RC 充电时间常数为
T3 = C4R8 = 48 · 4uS ( 2 · 25 )
则 E 点由 3 . 6V 充至 19V 的时间可用下式求得:
19=20 ( l 一 e^ ( - t/r3) )+ 3 . 6e^( - t/r3) ( 2 - 26 )
t == 13 5 uS ( 2 -- 2 7 )
则 E 点恢复到正常状态需 135us ,至此 EXB841 完全恢复到正常状态,可以进行正常的驱动。
与前述的 IGBT 驱动条件和保护策略相对照,以上所述说明 EXB841 确实充分考虑到 IGBT 的特点,电路简单实用,有如下特点:
1 )模块仅需单电源十 20V 供电,它通过内部 5 V 稳压管为 IGBT 提供了十 15V 和一 5V 的电平,既满足了 IGBT 的驱动条件,
又简化了电路,为整个系统设计提供了很大方便。
2 )输入采用高速光耦隔离电路,既满足了隔离和快速的要求,又在很大程度上使电路结构简化。
3 )通过精心设计,将过流时降低 Uge 与慢关断技术综合考虑 , 按前面所述,短路时 EXB841 各引脚波形如图 2 - 68 所示。可见一旦电路检测到短路后,要延迟约 1 . 5 us ( VZI 导通时, R4 会有压降) Uge 才开始降低,再过约 8us 后 Uge 才降低到 0V (相对 EXB841 的脚 1 )。在这 10us 左右的时间内,如果短路现象消失, Uge 会逐步恢复到正常值,但恢复时间决定于时间常数 t3 ,时间是较长的。
