在此根據(jù)長期使用IGBT的經(jīng)驗并參考有關(guān)文獻對 IGBT驅(qū)動的電壓和功率做了一些總結(jié)，希望對廣大網(wǎng)友能夠提供幫助。

　　igbt驅(qū)動工作原理

　　驅(qū)動器功率不足或選擇錯誤可能會直接導(dǎo)致 IGBT 和驅(qū)動器損壞。以下總結(jié)了一些關(guān)于IGBT驅(qū)動器輸出性能的計算方法以供選型時參考。

　　igbt驅(qū)動電路是驅(qū)動igbt模塊以能讓其正常工作，并同時對其進行保護的電路。

　　絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）在今天的電力電子領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在實際使用中除IGBT自身外，IGBT 驅(qū)動器的作用對整個換流系統(tǒng)來說同樣至關(guān)重要。驅(qū)動器的選擇及輸出功率的計算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。因此，在IGBT數(shù)據(jù)手冊中給出的電容Cies值在實際應(yīng)用中僅僅只能作為一個參考值使用。

　　IGBT的開關(guān)特性主要取決于IGBT的門極電荷及內(nèi)部和外部的電阻

　　igbt驅(qū)動電壓要求

　　因 IGBT 柵極 - 發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動技術(shù)進行驅(qū)動，但 IGBT 的輸入電容較 MOSFET 大，所以 IGBT 的驅(qū)動偏壓應(yīng)比 MOSFET 驅(qū)動所需偏壓強。圖 1 是一個典型的例子。在 +20 ℃情況下，實測 60 A ， 1200 V 以下的 IGBT 開通電壓閥值為 5 ～ 6 V ，在實際使用時，為獲得最小導(dǎo)通壓降，應(yīng)選取 Ugc ≥ （1.5 ～ 3）Uge（th） ，當(dāng) Uge 增加時，導(dǎo)通時集射電壓 Uce 將減小，開通損耗隨之減小，但在負(fù)載短路過程中 Uge 增加，集電極電流 Ic 也將隨之增加，使得 IGBT 能承受短路損壞的脈寬變窄，因此 Ugc 的選擇不應(yīng)太大，這足以使 IGBT 完全飽和，同時也限制了短路電流及其所帶來的應(yīng)力 （ 在具有短路工作過程的設(shè)備中，如在電機中使用 IGBT 時， +Uge 在滿足要求的情況下盡量選取最小值，以提高其耐短路能力 ） 。

　　igbt驅(qū)動對電源的要求

　　對于全橋或半橋電路來說，上下管的驅(qū)動電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅(qū)動功率很小，主要是對其內(nèi)部幾百至幾千皮法的輸入電容的充放電，要求能提供較大的瞬時電流，要使 IGBT 迅速關(guān)斷，應(yīng)盡量減小電源的內(nèi)阻，并且為防止 IGBT 關(guān)斷時產(chǎn)生的 du/dt 誤使 IGBT 導(dǎo)通，應(yīng)加上一個 -5 V 的關(guān)柵電壓，以確保其完全可靠的關(guān)斷 （ 過大的反向電壓會造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為 -2 ～ 10 V 之間 ） 。

　　igbt驅(qū)動對驅(qū)動波形的要求

　　從減小損耗角度講，門極驅(qū)動電壓脈沖的上升沿和下降沿要盡量陡峭，前沿很陡的門極電壓使 IGBT 快速開通，達(dá)到飽和的時間很短，因此可以降低開通損耗，同理，在 IGBT 關(guān)斷時，陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時間，從而減小了關(guān)斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實際使用中，過快的開通和關(guān)斷在大電感負(fù)載情況下反而是不利的。因為在這種情況下， IGBT 過快的開通與關(guān)斷將在電路中產(chǎn)生頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓 Ldi/dt ，并且這種尖峰很難被吸收掉。此電壓有可能會造成 IGBT 或其他元器件被過壓擊穿而損壞。所以在選擇驅(qū)動波形的上升和下降速度時，應(yīng)根據(jù)電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。

　　igbt驅(qū)動對驅(qū)動功率的要求

　　由于 IGBT 的開關(guān)過程需要消耗一定的電源功率，最小峰值電流可由下式求出：

　　I GP = △ U ge /R G +R g ；

　　式中△ Uge=+Uge+|Uge| ； RG 是 IGBT 內(nèi)部電阻； Rg 是柵極電阻。

　　驅(qū)動電源的平均功率為：

　　P AV =C ge △ Uge 2 f，

　　式中． f 為開關(guān)頻率； Cge 為柵極電容。

　　對柵極布線要求

　　合理的柵極布線對防止?jié)撛谡鹗帲瑴p小噪聲干擾，保護 IGBT 正常工作有很大幫助。

　　a ．布線時須將驅(qū)動器的輸出級和 lGBT 之間的寄生電感減至最低 （ 把驅(qū)動回路包圍的面積減到最小 ） ；

　　b ．正確放置柵極驅(qū)動板或屏蔽驅(qū)動電路，防止功率電路和控制電路之間的耦合；

　　c ．應(yīng)使用輔助發(fā)射極端子連接驅(qū)動電路；

　　d ．驅(qū)動電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時，應(yīng)使用雙絞線連接 （2 轉(zhuǎn)/ cm） ；

　　e ．柵極保護，箝位元件要盡量靠近柵射極。

　　三種IGBT驅(qū)動電路

　　驅(qū)動電路EXB841/840

　　EXB841 工作原理如圖1，當(dāng)EXB841的14腳和15腳有10mA的電流流過1us以后IGBT正常開通，VCE下降至3V左右，6腳電壓被 鉗制在8V左右，由于VS1穩(wěn)壓值是13V，所以不會被擊穿，V3不導(dǎo)通，E點的電位約為20V，二極管VD截止，不影響V4和V5正常工作。

　　當(dāng) 14腳和15腳無電流流過，則V1和V2導(dǎo)通，V2的導(dǎo)通使V4截止、V5導(dǎo)通，IGBT柵極電荷通過V5迅速放電，引腳3電位下降至0V，是 IGBT柵一 射間承受5V左右的負(fù)偏壓，IGBT可靠關(guān)斷，同時VCE的迅速上升使引腳6“懸空”。C2的放電使得B點電位為0V，則V S1仍然不導(dǎo)通，后續(xù)電路不動作，IGBT正常關(guān)斷。

　　如有過流發(fā)生，IGBT的V CE過大使得VD2截止，使得VS1擊穿，V3導(dǎo)通，C4通過R7放電，D點電位下降，從而使IGBT的柵一射間的電壓UGE降低 ，完成慢關(guān)斷，實現(xiàn)對IGBT的保護。由EXB841實現(xiàn)過流保護的過程可知，EXB841判定過電流的主要依據(jù)是6腳的電壓，6腳的電壓不僅與VCE 有關(guān)，還和二極管VD2的導(dǎo)通電壓Vd有關(guān)。

　　典型接線方法如圖2，使用時注意如下幾點：

　　a、IGBT柵-射極驅(qū)動回路往返接線不能太長（一般應(yīng)該小于1m），并且應(yīng)該采用雙絞線接法，防止干擾。

　　b、由于IGBT集電極產(chǎn)生較大的電壓尖脈沖，增加IGBT柵極串聯(lián)電阻RG有利于其安全工作。但是柵極電阻RG不能太大也不能太小，如果 RG增大，則開通關(guān)斷時間延長，使得開通能耗增加;相反，如果RG太小，則使得di/dt增加，容易產(chǎn)生誤導(dǎo)通。

　　c、圖中電容C用來吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化，并不是電源的供電濾波電容，一般取值為47 F。

　　d、6腳過電流保護取樣信號連接端，通過快恢復(fù)二極管接IGBT集電極。

　　e、14、15接驅(qū)動信號，一般14腳接脈沖形成部分的地，15腳接輸入信號的正端，15端的輸入電流一般應(yīng)該小于20mA，故在15腳前加限流電阻。

　　f、為了保證可靠的關(guān)斷與導(dǎo)通，在柵射極加穩(wěn)壓二極管。

　　M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動電路

　　M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動電路采用雙電源（+15V，- 10V）供電，輸出負(fù)偏壓為-10V，輸入輸出電平與TTL電平兼容，配有短 路/過載保護和 封閉性短路保護功能，同時具有延時保護特性。其分別適合于驅(qū)動1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其 以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驅(qū)動中小功率的IGBT時，驅(qū)動效果和各項性能表現(xiàn)優(yōu)良，但當(dāng)其工作在高頻下時，其脈沖前后沿變的較差，即信 號的最大傳輸寬度受到限制。且厚膜內(nèi)部采用印刷電路板設(shè)計，散熱不是很好，容易因過熱造成內(nèi)部器件的燒毀。

　　日本三菱公司的M57959L集成IGBT專用驅(qū)動芯片它可以作為600V/200A或者1200V/100A的IGBT驅(qū)動。其最高頻率也達(dá)40KHz，采用雙電源 供電（+15V和-15V）輸出電流峰值為±2A，M57959L有以下特點：

　　（1） 采用光耦實現(xiàn)電器隔離，光耦是快速型的，適合20KHz左右的高頻開關(guān)運行，光耦的原邊已串聯(lián)限流電阻，可將5V電壓直接加到輸入 側(cè)。

　　（2） 如果采用雙電源驅(qū)動技術(shù)，輸出負(fù)柵壓比較高，電源電壓的極限值為+18V/-15V，一般取+15V/-10V。

　　（3） 信號傳輸延遲時間短，低電平-高電平的傳輸延時以及高電平-低電平的傳輸延時時間都在1.5μs以下。

　　（4） 具有過流保護功能。M57962L通過檢測IGBT的飽和壓降來判斷IGBT是否過流，一旦過流，M57962L就會將對IGBT實施軟關(guān)斷，并輸出過 流故障信號。

　　（5） M57959的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，這一電路的驅(qū)動部分與EXB系列相仿，但是過流保護方面有所不同。過流檢測仍采用電壓采樣，電路特 點是采用柵壓緩降，實現(xiàn)IGBT軟關(guān)斷。

　　避免了關(guān)斷中過電壓和大電流沖擊，另外，在關(guān)斷過程中，輸入控制信號的狀態(tài)失去作用，既保護關(guān)斷是在封閉狀態(tài)中完成的。當(dāng)保護開始時，立即送出故障信號，目的是切斷控制信號，包括電路中其它有源器件。

　　SD315A集成驅(qū)動模塊

　　集成驅(qū)動模塊采用+15V單電源供電，內(nèi)部集成有過流保護電路，其最大的特點是具 有安全性、智能性與易用性。2SD315A能輸出很大的峰 值電流（最大瞬時輸出電流可達(dá)±15A），具有很強的驅(qū)動能力和很高的隔離電壓能力（4000V）。2SD315A具有兩個驅(qū)動輸出通道，適合于驅(qū) 動等級為1200V/1700V極其以上的兩個單管或一個半橋式的雙單元大功率IGBT模塊。其中在作為半橋驅(qū)動器使用的時候，可以很方便地 設(shè)置死區(qū)時間。

　　2SD315A內(nèi)部主要有三大功能模塊構(gòu)成，分別是LDI（Logic To Driver Interface，邏輯驅(qū)動轉(zhuǎn)換接口）、IGD（Intelligent Gate Driver，智能門極驅(qū)動）和輸入與輸出相互絕緣的DC/DC轉(zhuǎn)換器。當(dāng)外部輸入PWM信號后，由LDI進行編碼處理，為保證信號不受外界條件的 干擾，處理過的信號在進入IGD前需用高頻隔離變壓器進行電氣隔離。從隔離變壓器另一側(cè) 接收到的信號首先在IGD單元進行解碼，并把解碼后的PWM信號進行放大（±15V/±15A）以驅(qū)動外接大功率IGBT。當(dāng)智能門極驅(qū)動單元IGD內(nèi)的 過流和短路保護電路檢測到IGBT發(fā)生過流和短路故障時，由封鎖時間邏輯電路和狀態(tài)確認(rèn)電路產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)時間和封鎖時間，并把此時的狀態(tài)信號進行編碼送 到邏輯控制單元LDI。LDI單元對傳送來的IGBT工作狀態(tài)信號進行解碼處理，使之在控制回路中得以處理。為防止2SD315A的兩路輸出驅(qū)動信號相互 干擾，由DC/DC轉(zhuǎn)換器提供彼此隔離的電源供電。