应用IGBT的X射线发生控制器

　　1　引言

　　IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即绝缘栅双极型晶体管的英文缩写,是一种新型的大功率开关器件,是绝缘栅双极型大功率晶体管的简称。过去经常使用的大功率开关管有:大功率双极型晶体管(GTR)和大功率电力场效应管(MOSFET)。GTR主要缺点是开、关状态转换时间长、开关损耗大、工作频率低、热稳定性差、容易损坏;而MOSFET主要缺点是管子导通时,其通态压降比较大,造成管子功耗大。IGBT集GTR和MOSFET的优点于一身,既具有输入阻抗高、速度快、热稳定好和驱动电路简单的特点,又具有通态电压低、耐压高和电流大等特点,因而近年来随着成本的降低,IGBT在工业电气自动化控制中得到了广泛的应用。在X射线机中使用IGBT斩波控制电路同可控斩波电路相比具有电路简单、工作可靠、体积小、重量轻等特点。

　　2　毫安检测和波形产生电路

　　如图1所示,在射线管电流回路中串接一取样电阻,控制压控振荡器工作,使其在NE555的输出端(3脚)产生一个恒定1 ms脉宽,周期随管电流变化的方波作为IGBT的控制信号,控制IGBT进行斩波,以控制射线管电流的大小。此电路应用广泛,在许多资料里都有介绍,这里不再赘述。

　　3　IGBT的驱动

　　3.1　IGBT对栅极驱动电路的要求

　　3.1.1　栅极驱动电压

　　驱动电路提供的正偏压+UGE使IGBT导通。增大正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利,但也会使IGBT承受短路电流的时间变短,续流二极管反向恢复过电压增大。因此正偏压要适当,通常为+15V。为了保证IGBT在C—E间出现dV/dt噪声时可靠关断,关断时必须在栅极施加负偏压,采用负偏压还可以减小关断损耗,负偏压取—9V左右为宜。

　　3.1.2　栅极串联电阻Rg

　　IGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的,因此栅极电阻对IGBT的动态特性影响极大,减小Rg使开关时间和开关损耗减小,减小关断时dV/dt噪声带来误导通的可能性,提高IGBT的短路耐量,但会增加续流二极管反向恢复过电压,使EMI也增大。对于1200 V/150 A的IGBT,Rg取5Ω比较合适。

　　3.1.3　驱动电路的电源

　　驱动电路的电源应稳定,能提供足够高的正负栅压,电源应有足够的功率,以满足栅极对驱动功率的要求。在本电路中,栅极驱动电路采用单独的绝缘电源。驱动电路的电源和控制电路的电源应相互独立,以减小相互间的干扰。

　　3.2　三菱驱动模块M57962L

　　在X射线发生器控制电路中,使用了日本三菱公司生产的驱动模块M57962L。M57962L是N沟道大功率IGBT模块的驱动电路,能驱动600 V/400 A和1200 V/400 A的IGBT,它有以下几个特点:采用光耦实现电气隔离,光耦是快速型的,适合20 kHz左右的高频开关运行,光耦的原边已串联了约180Ω的限流电阻,可将5 V的电压直接加到输入侧;采用双电源驱动技术,使输出负栅压比较高。电源电压的极限值为+18 V/-15 V,一般取+15V/-10 V;信号传输延迟时间短,低电平—高电平的传输延迟时间以及高电平—低电平的传输延迟时间都在1.5μs以下;具有过流保护功能。M57962L通过检测IGBT的饱和压降来判断IGBT是否过流,一旦过流,M57962L将对IGBT实施软关断,并输出过流故障信号。