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关于IPM内部集成自举驱动的几点疑问,求教达人

小弟在用Fairchild IPM做310V无刷直流电机驱动,由于成本受限,IGBT采用自举驱动方式,系统运行正常。
自举电路基本原理:
  
自举电路基本原理 

“图中C1、VD1分别为自举电容和自举二极管。假定在T1关断期间,C1已充到足够的电压,VC1≈VCC。当HIN为高电平时,V1导通,V2关断,VC1加到T1的栅极和源级之间,C1通过V1、Rg1对T1栅源电容充电,此时T1导通,自举电容放电。当HIN为低电平时,V2导通,V1关断,T1栅源电荷经Rg1、V2迅速释放,T1关断。当有下桥臂开关管导通时,充电电源将通过VD1、负载和导通的下管对自举电容充电,如此循环往复”。
大家一般都是这么分析吗?小弟有几点疑问,恳请达人指教。

为了便于说明问题,仅给出了三个桥臂中的两个,构成H桥如下。
  
应用自举驱动的H桥 

(1)在上图中,为了便于自举,通常要求T1、T2互补驱动。假设T1 PWM,T4常开,则在PWM高电平期间A点对地电位近似等于HV,此时VD1截止,自举电容C1放电。而在PWM低电平区间,绕组通过二极管D2续流,那么此时自举电容充电回路如何呢?通过D2?二级管电流方向说不通。通过绕组和T4?那岂不是充电电流和负载电流共用回路?另外,当二极管D2续流时,由于T2漏极电压低于源极,虽然有互补脉冲驱动,必须等待二极管续流完毕方能起作用,当上桥臂驱动脉冲占空比较高时,对应下管占空比很低,自举电容充电时间就非常短。
自举电容的充电回路到底是怎样的呢?
(2)IPM手册上推荐VCC=15V,VBS=15V,然而按照其参考设计,自举电路和下桥臂驱动电压共用一个15V。下桥臂源极直接接地,可以满足饱和导通条件,而上桥臂自举二极管压降有1.2V左右,下桥臂IGBT饱和导通压降有2.2V,那么VBS = 15-1.2-2.2,上桥臂IGBT岂不是工作在临界欠压状态?

虽然系统正常,还是存在上述疑问,恳请达人指教,谢谢

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2011-01-16 15:10
自举电容充电很快,充足后可以工作很久,只要保证电容充电量保证半个基波周期足够工作就可以。
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2011-01-17 10:30
@xzszrs
自举电容充电很快,充足后可以工作很久,只要保证电容充电量保证半个基波周期足够工作就可以。
那么当自举电容放电后,通过图中哪个回路补充电荷呢?
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st.you
LV.10
4
2011-01-17 19:00
如果SPWM输出50HZ,那么电容就必须按50HZ选,这样,就算高频时候下管不导通也好,上管的电容也足够用。至于上管的电压,其实,半桥的中点,在自举的时候,就当成D2导通后的电压就行了,一般会有个-1V,算算,也够了,不信你测一下,应该也在15V左右
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2011-01-17 20:39
@supermouse88
那么当自举电容放电后,通过图中哪个回路补充电荷呢?
当下管截止时,通过自举二极管给自举电容补充充电。
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2011-01-17 21:23
@st.you
如果SPWM输出50HZ,那么电容就必须按50HZ选,这样,就算高频时候下管不导通也好,上管的电容也足够用。至于上管的电压,其实,半桥的中点,在自举的时候,就当成D2导通后的电压就行了,一般会有个-1V,算算,也够了,不信你测一下,应该也在15V左右

谢谢解答,您说的这个-1V是续流二极管的导通压降是吧?

个人认为必须有一个回路才能给自举电容充电,续流二极管D2不能反向流过电流,那么此时的充电回路是:“VCC-》自举二极管-》自举电容-》电机绕组-》导通的下管-》地”对吗?

另外,坛子上很多讲自举电路需要互补驱动,小弟不甚明了。仍以H桥为例,假设此时T1 PWM,T4 ON。

PWM高电平期间,电机绕组储存能量;低电平期间,绕组通过D2和T4续流,此时T2被反向偏置。电动机电流一般要求连续,也就是说当PWM低电平期间续流不能衰减太大,因而T2在此期间一直被反向偏置,根本无法给自举电容提供充电回路。一般的书籍上和论文上为什么都是说自举是通过对应下管导通完成的呢?

对于MOSFET桥而言,还可以利用其同步整流特性。对于IPM这种三相IGBT桥结构,还有直通的危险,互补驱动有什么用呢?

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st.you
LV.10
7
2011-01-17 22:24
@supermouse88
谢谢解答,您说的这个-1V是续流二极管的导通压降是吧?个人认为必须有一个回路才能给自举电容充电,续流二极管D2不能反向流过电流,那么此时的充电回路是:“VCC-》自举二极管-》自举电容-》电机绕组-》导通的下管-》地”对吗?另外,坛子上很多讲自举电路需要互补驱动,小弟不甚明了。仍以H桥为例,假设此时T1PWM,T4ON。PWM高电平期间,电机绕组储存能量;低电平期间,绕组通过D2和T4续流,此时T2被反向偏置。电动机电流一般要求连续,也就是说当PWM低电平期间续流不能衰减太大,因而T2在此期间一直被反向偏置,根本无法给自举电容提供充电回路。一般的书籍上和论文上为什么都是说自举是通过对应下管导通完成的呢?对于MOSFET桥而言,还可以利用其同步整流特性。对于IPM这种三相IGBT桥结构,还有直通的危险,互补驱动有什么用呢?

自举回路,跟电机绕组没关系。下管导通后,自举电容就可以充电了。D2提供另一个自举电流回路,在死区时间内。只要是桥路,都有直通的危险,MOS速度快,死区时间可以短一点,IGBT截止拖尾大,硬开关的话,死区时间就要大一点。

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2011-01-18 11:18
@st.you
自举回路,跟电机绕组没关系。下管导通后,自举电容就可以充电了。D2提供另一个自举电流回路,在死区时间内。只要是桥路,都有直通的危险,MOS速度快,死区时间可以短一点,IGBT截止拖尾大,硬开关的话,死区时间就要大一点。

 

个人认为不存在两个充电回路,因为D2续流时,T2承受反压,虽然有触发脉冲,但是不会导通,除非续流电流衰减为0,而电动机正常带载运行时,这种情况基本不会出现,因此T2不会导通,也就不存在充电回路,互补驱动就没有意义了啊。

另外由于二极管不能流过反向电流,充电电流是按照图中1所示路径吧,因为任何电路必须构成回路才能有电流,因此个人认为自举充电电流是流过绕组的。

请大侠们斧正。

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st.you
LV.10
9
2011-01-18 11:40
@supermouse88
[图片] 个人认为不存在两个充电回路,因为D2续流时,T2承受反压,虽然有触发脉冲,但是不会导通,除非续流电流衰减为0,而电动机正常带载运行时,这种情况基本不会出现,因此T2不会导通,也就不存在充电回路,互补驱动就没有意义了啊。另外由于二极管不能流过反向电流,充电电流是按照图中1所示路径吧,因为任何电路必须构成回路才能有电流,因此个人认为自举充电电流是流过绕组的。请大侠们斧正。

我的说法有误,自举电容的充电回路应该是线圈L的电流,因为被二极管D2钳位,所以,桥的中点电位是-1V左右,这个情况是在死区的时候发生的。

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2011-01-18 12:25
@st.you
我的说法有误,自举电容的充电回路应该是线圈L的电流,因为被二极管D2钳位,所以,桥的中点电位是-1V左右,这个情况是在死区的时候发生的。

多谢指教,

总结一下:

(1)自举电容的充电回路包含电机绕组,斩波的上桥臂(T1)对应的下桥臂(T2)在电机电流连续时不能给电容提供充电回路,因而互补驱动意义不大,且增大了直通的几率。

(2)自举电容的选取应按照PWM最长开通时间来选取。

(3)由于续流二极管自身导通压降,上管驱动不存在欠压情况

是这样吧?

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st.you
LV.10
11
2011-01-18 14:01
@supermouse88
多谢指教,总结一下:(1)自举电容的充电回路包含电机绕组,斩波的上桥臂(T1)对应的下桥臂(T2)在电机电流连续时不能给电容提供充电回路,因而互补驱动意义不大,且增大了直通的几率。(2)自举电容的选取应按照PWM最长开通时间来选取。(3)由于续流二极管自身导通压降,上管驱动不存在欠压情况是这样吧?

1,如果需要兼顾到电机所有的状态,似乎互补是必须的。

2 ,是按基波频率来选。

3,实际的情况确实是这样的。

 

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dreamhui
LV.2
12
2011-02-15 11:10

C1通过V1、Rg1对T1栅源电容充电,

 这个不对, C1充电回路错了,C1是同感VD1→C1→T2→地  这个回路进行充电。

所以当你是桥臂电路时候,C1按原来的分析应该还是同感T2进行充电,但是T2截止,而是续流二极管D2导通,这样不能给C1充电,所以只能通过绕组和T4进行充电,但是这样对绕组和T4的电流大小并没有任何影响,他只是减小了D2的续流大小。

另外你说的VBS,我想说下,MOS是电压驱动型,所需电流并不大,并且C1在充电时,T4关断的时候还会有惯性电流,所以实际上C1还是可以充电至15V的。

 个人愚见,还请多多指点和讨论。

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zhuyjgh
LV.1
13
2012-01-04 16:11
@supermouse88
谢谢解答,您说的这个-1V是续流二极管的导通压降是吧?个人认为必须有一个回路才能给自举电容充电,续流二极管D2不能反向流过电流,那么此时的充电回路是:“VCC-》自举二极管-》自举电容-》电机绕组-》导通的下管-》地”对吗?另外,坛子上很多讲自举电路需要互补驱动,小弟不甚明了。仍以H桥为例,假设此时T1PWM,T4ON。PWM高电平期间,电机绕组储存能量;低电平期间,绕组通过D2和T4续流,此时T2被反向偏置。电动机电流一般要求连续,也就是说当PWM低电平期间续流不能衰减太大,因而T2在此期间一直被反向偏置,根本无法给自举电容提供充电回路。一般的书籍上和论文上为什么都是说自举是通过对应下管导通完成的呢?对于MOSFET桥而言,还可以利用其同步整流特性。对于IPM这种三相IGBT桥结构,还有直通的危险,互补驱动有什么用呢?

假设此时T1 PWM,T4 ON

 

当你这样假设的时候,,你应该分析右边桥臂的自举电路,,也就是给T3供电的自举电路,,这个时候T4导通,,那我问你,,一楼中的C3不充电还等着干什么??

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gaud001
LV.2
14
2013-04-24 22:20
@dreamhui
C1通过V1、Rg1对T1栅源电容充电, 这个不对,C1充电回路错了,C1是同感VD1→C1→T2→地 这个回路进行充电。所以当你是桥臂电路时候,C1按原来的分析应该还是同感T2进行充电,但是T2截止,而是续流二极管D2导通,这样不能给C1充电,所以只能通过绕组和T4进行充电,但是这样对绕组和T4的电流大小并没有任何影响,他只是减小了D2的续流大小。另外你说的VBS,我想说下,MOS是电压驱动型,所需电流并不大,并且C1在充电时,T4关断的时候还会有惯性电流,所以实际上C1还是可以充电至15V的。 个人愚见,还请多多指点和讨论。

C1充电是主要是在下桥T2导通时充电充饱的吧。带电机状态下,另一桥臂T4长通时,T1关断时C1是可通过T4构成一个充电回路,只能充到VCC的73%左右。

呵呵,个人愚见哈!

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