如何软件实现IGBT的驱动和保护功能

[混森蓝兽]

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是由大功率晶体管和MOSFET组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件、它集两者的优点于一身，在许多领域获得广泛应用。但在应用过程中，最主要的一个问题是如何保护IGBT不受损坏，这直接影响产品的稳定性和可靠性。本文针对阿1400R121P4这款IGBT，通过F2812芯片和CPL.D来实现驱动和保护功能。
 
  一、IGBT驱动的实现
  我们采用F2812的全比较单元产生PWM驱动波形，由于上管和下管的导通时间延时为0.2us左右，关断时间延时为0.85us左右，理想的PWM波形会上下管同时导通，这是很危险的。我们用了死区控制器DBTC0Nx，使用前后的波形如图1、2。

图1 桥电路理想驱动波形

图2 桥电路实际死区的驱动波形 

图3 驱动回路的系统图
 

  驱动回路的系统图如图3。
  XC95288XL软件上的保护如下：
  assign PLD_O_PWM1=( ( PwmProtect | igbtstatus) ? 0：DSPPWM1)；
  其中PwmProtect 信号是死区控制信号，为1时不输出PWM驱动信号， Igbtstatus是IGBT状态反馈信号，当IGBT有异常时反馈高电平，同时不输出PWM驱动信号，只有当PwmProtect和 igbtstatus信号都正常时。DSP的驱动信号才输出到CPLD。输出到CONCEPT驱动板部分的电路如图4，采用了光纤传输确保可靠性。

图4 输出到CONCEPT驱动板部分的电路

 
  二、驱动保护的实现

 
图5 状态机

  我们不仅需要稳定可靠的驱动信号，还需要实时监控IGBT的工作状态，防止不确定的因素及干扰导致上下管同时导通的情况发生。在光纤板上，6个功率单元IGBT的反馈信号采用或的关系，即有一路lGBT故障，就反馈故障信号(高电平)给DSP，DSP判断反馈信号后切断PWM输出。根据IGBT正常和出故障时的信号，可以得出，当IGBT_STATUS的第二次信号大于1us时，认为IGBT发生故障。因此使用状态机来实现，状态机如图5、该程序包含延时1us的程序及状态机翻转程序，目的是根据IGBTx_STATUS(x为1~12)来得到是否故障的信息。当IGBTx_STATUS高电平持续时间超过1us，flag信号变为高电平，IGBT的故障信号IGBT_fault也变为高电平传递给控制芯片将输出锁死。
 
  三、结语
  通过分析IGBL的反馈特性编写了CPLD的驱动保护程序，实验证明，由于IGBT在工作的时候会有固定的反馈波形，当检测到持续的高电平时间达到1 us的时候就表明lGBT有故障，通过上面的仿真图形可以看出，软件实现保护时可以配合器件本身的反馈信号，精确实现有故障时的保护，从而有效地保护了器件。