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關于IPM內部集成自舉驅動的幾點疑問,求教達人

小弟在用Fairchild IPM做310V無刷直流電機驅動,由于成本受限,IGBT采用自舉驅動方式,系統運行正常。
自舉電路基本原理:
  
自舉電路基本原理 

“圖中C1、VD1分別為自舉電容和自舉二極管。假定在T1關斷期間,C1已充到足夠的電壓,VC1≈VCC。當HIN為高電平時,V1導通,V2關斷,VC1加到T1的柵極和源級之間,C1通過V1、Rg1對T1柵源電容充電,此時T1導通,自舉電容放電。當HIN為低電平時,V2導通,V1關斷,T1柵源電荷經Rg1、V2迅速釋放,T1關斷。當有下橋臂開關管導通時,充電電源將通過VD1、負載和導通的下管對自舉電容充電,如此循環往復”。
大家一般都是這么分析嗎?小弟有幾點疑問,懇請達人指教。

為了便于說明問題,僅給出了三個橋臂中的兩個,構成H橋如下。
  
應用自舉驅動的H橋 

(1)在上圖中,為了便于自舉,通常要求T1、T2互補驅動。假設T1 PWM,T4常開,則在PWM高電平期間A點對地電位近似等于HV,此時VD1截止,自舉電容C1放電。而在PWM低電平區間,繞組通過二極管D2續流,那么此時自舉電容充電回路如何呢?通過D2?二級管電流方向說不通。通過繞組和T4?那豈不是充電電流和負載電流共用回路?另外,當二極管D2續流時,由于T2漏極電壓低于源極,雖然有互補脈沖驅動,必須等待二極管續流完畢方能起作用,當上橋臂驅動脈沖占空比較高時,對應下管占空比很低,自舉電容充電時間就非常短。
自舉電容的充電回路到底是怎樣的呢?
(2)IPM手冊上推薦VCC=15V,VBS=15V,然而按照其參考設計,自舉電路和下橋臂驅動電壓共用一個15V。下橋臂源極直接接地,可以滿足飽和導通條件,而上橋臂自舉二極管壓降有1.2V左右,下橋臂IGBT飽和導通壓降有2.2V,那么VBS = 15-1.2-2.2,上橋臂IGBT豈不是工作在臨界欠壓狀態?

雖然系統正常,還是存在上述疑問,懇請達人指教,謝謝

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2011-01-16 15:10
自舉電容充電很快,充足后可以工作很久,只要保證電容充電量保證半個基波周期足夠工作就可以。
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2011-01-17 10:30
@xzszrs
自舉電容充電很快,充足后可以工作很久,只要保證電容充電量保證半個基波周期足夠工作就可以。
那么當自舉電容放電后,通過圖中哪個回路補充電荷呢?
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st.you
LV.10
4
2011-01-17 19:00
如果SPWM輸出50HZ,那么電容就必須按50HZ選,這樣,就算高頻時候下管不導通也好,上管的電容也足夠用。至于上管的電壓,其實,半橋的中點,在自舉的時候,就當成D2導通后的電壓就行了,一般會有個-1V,算算,也夠了,不信你測一下,應該也在15V左右
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2011-01-17 20:39
@supermouse88
那么當自舉電容放電后,通過圖中哪個回路補充電荷呢?
當下管截止時,通過自舉二極管給自舉電容補充充電。
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2011-01-17 21:23
@st.you
如果SPWM輸出50HZ,那么電容就必須按50HZ選,這樣,就算高頻時候下管不導通也好,上管的電容也足夠用。至于上管的電壓,其實,半橋的中點,在自舉的時候,就當成D2導通后的電壓就行了,一般會有個-1V,算算,也夠了,不信你測一下,應該也在15V左右

謝謝解答,您說的這個-1V是續流二極管的導通壓降是吧?

個人認為必須有一個回路才能給自舉電容充電,續流二極管D2不能反向流過電流,那么此時的充電回路是:“VCC-》自舉二極管-》自舉電容-》電機繞組-》導通的下管-》地”對嗎?

另外,壇子上很多講自舉電路需要互補驅動,小弟不甚明了。仍以H橋為例,假設此時T1 PWM,T4 ON。

PWM高電平期間,電機繞組儲存能量;低電平期間,繞組通過D2和T4續流,此時T2被反向偏置。電動機電流一般要求連續,也就是說當PWM低電平期間續流不能衰減太大,因而T2在此期間一直被反向偏置,根本無法給自舉電容提供充電回路。一般的書籍上和論文上為什么都是說自舉是通過對應下管導通完成的呢?

對于MOSFET橋而言,還可以利用其同步整流特性。對于IPM這種三相IGBT橋結構,還有直通的危險,互補驅動有什么用呢?

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st.you
LV.10
7
2011-01-17 22:24
@supermouse88
謝謝解答,您說的這個-1V是續流二極管的導通壓降是吧?個人認為必須有一個回路才能給自舉電容充電,續流二極管D2不能反向流過電流,那么此時的充電回路是:“VCC-》自舉二極管-》自舉電容-》電機繞組-》導通的下管-》地”對嗎?另外,壇子上很多講自舉電路需要互補驅動,小弟不甚明了。仍以H橋為例,假設此時T1PWM,T4ON。PWM高電平期間,電機繞組儲存能量;低電平期間,繞組通過D2和T4續流,此時T2被反向偏置。電動機電流一般要求連續,也就是說當PWM低電平期間續流不能衰減太大,因而T2在此期間一直被反向偏置,根本無法給自舉電容提供充電回路。一般的書籍上和論文上為什么都是說自舉是通過對應下管導通完成的呢?對于MOSFET橋而言,還可以利用其同步整流特性。對于IPM這種三相IGBT橋結構,還有直通的危險,互補驅動有什么用呢?

自舉回路,跟電機繞組沒關系。下管導通后,自舉電容就可以充電了。D2提供另一個自舉電流回路,在死區時間內。只要是橋路,都有直通的危險,MOS速度快,死區時間可以短一點,IGBT截止拖尾大,硬開關的話,死區時間就要大一點。

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2011-01-18 11:18
@st.you
自舉回路,跟電機繞組沒關系。下管導通后,自舉電容就可以充電了。D2提供另一個自舉電流回路,在死區時間內。只要是橋路,都有直通的危險,MOS速度快,死區時間可以短一點,IGBT截止拖尾大,硬開關的話,死區時間就要大一點。

 

個人認為不存在兩個充電回路,因為D2續流時,T2承受反壓,雖然有觸發脈沖,但是不會導通,除非續流電流衰減為0,而電動機正常帶載運行時,這種情況基本不會出現,因此T2不會導通,也就不存在充電回路,互補驅動就沒有意義了啊。

另外由于二極管不能流過反向電流,充電電流是按照圖中1所示路徑吧,因為任何電路必須構成回路才能有電流,因此個人認為自舉充電電流是流過繞組的。

請大俠們斧正。

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st.you
LV.10
9
2011-01-18 11:40
@supermouse88
[圖片] 個人認為不存在兩個充電回路,因為D2續流時,T2承受反壓,雖然有觸發脈沖,但是不會導通,除非續流電流衰減為0,而電動機正常帶載運行時,這種情況基本不會出現,因此T2不會導通,也就不存在充電回路,互補驅動就沒有意義了啊。另外由于二極管不能流過反向電流,充電電流是按照圖中1所示路徑吧,因為任何電路必須構成回路才能有電流,因此個人認為自舉充電電流是流過繞組的。請大俠們斧正。

我的說法有誤,自舉電容的充電回路應該是線圈L的電流,因為被二極管D2鉗位,所以,橋的中點電位是-1V左右,這個情況是在死區的時候發生的。

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2011-01-18 12:25
@st.you
我的說法有誤,自舉電容的充電回路應該是線圈L的電流,因為被二極管D2鉗位,所以,橋的中點電位是-1V左右,這個情況是在死區的時候發生的。

多謝指教,

總結一下:

(1)自舉電容的充電回路包含電機繞組,斬波的上橋臂(T1)對應的下橋臂(T2)在電機電流連續時不能給電容提供充電回路,因而互補驅動意義不大,且增大了直通的幾率。

(2)自舉電容的選取應按照PWM最長開通時間來選取。

(3)由于續流二極管自身導通壓降,上管驅動不存在欠壓情況

是這樣吧?

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st.you
LV.10
11
2011-01-18 14:01
@supermouse88
多謝指教,總結一下:(1)自舉電容的充電回路包含電機繞組,斬波的上橋臂(T1)對應的下橋臂(T2)在電機電流連續時不能給電容提供充電回路,因而互補驅動意義不大,且增大了直通的幾率。(2)自舉電容的選取應按照PWM最長開通時間來選取。(3)由于續流二極管自身導通壓降,上管驅動不存在欠壓情況是這樣吧?

1,如果需要兼顧到電機所有的狀態,似乎互補是必須的。

2 ,是按基波頻率來選。

3,實際的情況確實是這樣的。

 

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

C1通過V1、Rg1對T1柵源電容充電,

 這個不對, C1充電回路錯了,C1是同感VD1→C1→T2→地  這個回路進行充電。

所以當你是橋臂電路時候,C1按原來的分析應該還是同感T2進行充電,但是T2截止,而是續流二極管D2導通,這樣不能給C1充電,所以只能通過繞組和T4進行充電,但是這樣對繞組和T4的電流大小并沒有任何影響,他只是減小了D2的續流大小。

另外你說的VBS,我想說下,MOS是電壓驅動型,所需電流并不大,并且C1在充電時,T4關斷的時候還會有慣性電流,所以實際上C1還是可以充電至15V的。

 個人愚見,還請多多指點和討論。

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zhuyjgh
LV.1
13
2012-01-04 16:11
@supermouse88
謝謝解答,您說的這個-1V是續流二極管的導通壓降是吧?個人認為必須有一個回路才能給自舉電容充電,續流二極管D2不能反向流過電流,那么此時的充電回路是:“VCC-》自舉二極管-》自舉電容-》電機繞組-》導通的下管-》地”對嗎?另外,壇子上很多講自舉電路需要互補驅動,小弟不甚明了。仍以H橋為例,假設此時T1PWM,T4ON。PWM高電平期間,電機繞組儲存能量;低電平期間,繞組通過D2和T4續流,此時T2被反向偏置。電動機電流一般要求連續,也就是說當PWM低電平期間續流不能衰減太大,因而T2在此期間一直被反向偏置,根本無法給自舉電容提供充電回路。一般的書籍上和論文上為什么都是說自舉是通過對應下管導通完成的呢?對于MOSFET橋而言,還可以利用其同步整流特性。對于IPM這種三相IGBT橋結構,還有直通的危險,互補驅動有什么用呢?

假設此時T1 PWM,T4 ON

 

當你這樣假設的時候,,你應該分析右邊橋臂的自舉電路,,也就是給T3供電的自舉電路,,這個時候T4導通,,那我問你,,一樓中的C3不充電還等著干什么??

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gaud001
LV.2
14
2013-04-24 22:20
@dreamhui
C1通過V1、Rg1對T1柵源電容充電, 這個不對,C1充電回路錯了,C1是同感VD1→C1→T2→地 這個回路進行充電。所以當你是橋臂電路時候,C1按原來的分析應該還是同感T2進行充電,但是T2截止,而是續流二極管D2導通,這樣不能給C1充電,所以只能通過繞組和T4進行充電,但是這樣對繞組和T4的電流大小并沒有任何影響,他只是減小了D2的續流大小。另外你說的VBS,我想說下,MOS是電壓驅動型,所需電流并不大,并且C1在充電時,T4關斷的時候還會有慣性電流,所以實際上C1還是可以充電至15V的。 個人愚見,還請多多指點和討論。

C1充電是主要是在下橋T2導通時充電充飽的吧。帶電機狀態下,另一橋臂T4長通時,T1關斷時C1是可通過T4構成一個充電回路,只能充到VCC的73%左右。

呵呵,個人愚見哈!

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