IGBT驅(qū)動(dòng)電路簡介
IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）驅(qū)動(dòng)電路是驅(qū)動(dòng)IGBT模塊以能讓其正常工作，并同時(shí)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的電路。IGBT在電力電子領(lǐng)域中已廣泛，在實(shí)際使用中除IGBT自身外，IGBT 驅(qū)動(dòng)器的作用對(duì)整個(gè)換流系統(tǒng)來說同樣至關(guān)重要。IGBT驅(qū)動(dòng)器的選擇及輸出功率的計(jì)算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動(dòng)器功率不足或選擇錯(cuò)誤可能會(huì)直接導(dǎo)致 IGBT 和驅(qū)動(dòng)器損壞。本詞條將著重介紹IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)技巧。
IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)的器件型號(hào)選擇
1）IGBT承受的正反向峰值電壓
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考慮到2-2.5倍的安全系數(shù)，可選IGBT的電壓為1 200 V。
2）IGBT導(dǎo)通時(shí)承受的峰值電流。
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額定電流按380 V供電電壓、額定功率30 kVA容量算。
對(duì)于大功率IGBT，選擇驅(qū)動(dòng)電路基于以下的參數(shù)要求：器件關(guān)斷偏置、門極電荷、耐固性和電源情況等。門極電路的正偏壓VGE負(fù)偏壓-VGE和門極電阻RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)壓降、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、承受短路能力以及dv／dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。門極驅(qū)動(dòng)條件與器件特性的關(guān)系見表1。柵極正電壓 的變化對(duì)IGBT的開通特性、負(fù)載短路能力和dVcE／dt電流有較大影響，而門極負(fù)偏壓則對(duì)關(guān)斷特性的影響比較大。在門極電路的設(shè)計(jì)中，還要注意開通特性、負(fù)載短路能力和由dVcE／dt 電流引起的誤觸發(fā)等問題（見表1）。
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表1 IGBT門極驅(qū)動(dòng)條件與器件特性的關(guān)系
由于IGBT的開關(guān)特性和安全工作區(qū)隨著柵極驅(qū)動(dòng)電路的變化而變化，因而驅(qū)動(dòng)電路性能的好壞將直接影響IGBT能否正常工作。為使IGBT能可靠工作。IGBT對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路提出了以下要求。
1）向IGBT提供適當(dāng)?shù)恼驏艍骸２⑶以贗GBT導(dǎo)通后。柵極驅(qū)動(dòng)電路提供給IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和電流要有足夠的幅度，使IGBT的功率輸出級(jí)總處于飽和狀態(tài)。瞬時(shí)過載時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)功率要足以保證IGBT不退出飽和區(qū)。IGBT導(dǎo)通后的管壓降與所加?xùn)旁措妷河嘘P(guān)，在漏源電流一定的情況下，VGE越高，VDS儺就越低，器件的導(dǎo)通損耗就越小，這有利于充分發(fā)揮管子的工作能力。但是， VGE并非越高越好，一般不允許超過20 V，原因是一旦發(fā)生過流或短路，柵壓越高，則電流幅值越高，IGBT損壞的可能性就越大。通常，綜合考慮取+15 V為宜。
2）能向IGBT提供足夠的反向柵壓。在IGBT關(guān)斷期間，由于電路中其他部分的工作，會(huì)在柵極電路中產(chǎn)生一些高頻振蕩信號(hào)，這些信號(hào)輕則會(huì)使本該截止的IGBT處于微通狀態(tài)，增加管子的功耗。重則將使調(diào)壓電路處于短路直通狀態(tài)。因此，最好給處于截止?fàn)顟B(tài)的IGBT加一反向柵壓f幅值一般為5～15 V），使IGBT在柵極出現(xiàn)開關(guān)噪聲時(shí)仍能可靠截止。
3）具有柵極電壓限幅電路，保護(hù)柵極不被擊穿。IGBT柵極極限電壓一般為+20 V，驅(qū)動(dòng)信號(hào)超出此范圍就可能破壞柵極。
4）由于IGBT多用于高壓場(chǎng)合。要求有足夠的輸人、輸出電隔離能力。所以驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)與整個(gè)控制電路在電位上嚴(yán)格隔離，一般采用高速光耦合隔離或變壓器耦合隔離。
5）IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能的簡單、實(shí)用。應(yīng)具有IGBT的完整保護(hù)功能，很強(qiáng)的抗干擾能力，且輸出阻抗應(yīng)盡可能的低。
驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
隔離驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品大部分是使用光電耦合器來隔離輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的絕緣柵，采用厚膜或PCB工藝支撐，部分阻容元件由引腳接入。這種產(chǎn)品主要用于IGBT的驅(qū)動(dòng)，因IGBT具有電流拖尾效應(yīng)，所以光耦驅(qū)動(dòng)器無一例外都是負(fù)壓關(guān)斷。
圖1為M57962L內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，采用光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離，光耦是快速型的，適合高頻開關(guān)運(yùn)行，光耦的原邊已串聯(lián)限流電阻（約185 Ω），可將5 V的電壓直接加到輸入側(cè)。它采用雙電源驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成有2 500 V高隔離電壓的光耦合器和過電流保護(hù)電路、過電流保護(hù)輸出信號(hào)端子和與TTL電平相兼容的輸入接口，驅(qū)動(dòng)電信號(hào)延遲最大為1.5us。
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M57962L的結(jié)構(gòu)框圖
當(dāng)單獨(dú)用M57962L來驅(qū)動(dòng)IGBT時(shí)。有三點(diǎn)是應(yīng)該考慮的。首先。驅(qū)動(dòng)器的最大電流變化率應(yīng)設(shè)置在最小的RG電阻的限制范圍內(nèi)，因?yàn)閷?duì)許多IGBT來講，使用的RG 偏大時(shí)，會(huì)增大td（on ）（導(dǎo)通延遲時(shí)間）， t d（off） （截止延遲時(shí)間），tr（上升時(shí)間）和開關(guān)損耗，在高頻應(yīng)用（超過5 kHz）時(shí)，這種損耗應(yīng)盡量避免。另外。驅(qū)動(dòng)器本身的損耗也必須考慮。
如果驅(qū)動(dòng)器本身損耗過大，會(huì)引起驅(qū)動(dòng)器過熱，致使其損壞。最后，當(dāng)M57962L被用在驅(qū)動(dòng)大容量的IGBT時(shí)，它的慢關(guān)斷將會(huì)增大損耗。引起這種現(xiàn)象的原因是通過IGBT的Gres（反向傳輸電容）流到M57962L柵極的電流不能被驅(qū)動(dòng)器吸收。它的阻抗不是足夠低，這種慢關(guān)斷時(shí)間將變得更慢和要求更大的緩沖電容器應(yīng)用M57962L設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如下圖。
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IGBT驅(qū)動(dòng)電路
電源去耦電容C2 ～C7采用鋁電解電容器，容量為100 uF／50 V，R1阻值取1 kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1 kΩ，電源采用正負(fù)l5 V電源模塊分別接到M57962L的4腳與6腳，邏輯控制信號(hào)IN經(jīng)l3腳輸入驅(qū)動(dòng)器M57962L。雙向穩(wěn)壓管Z1選擇為9.1 V，Z2為18V，Z3為30 V，防止IGBT的柵極、發(fā)射極擊穿而損壞驅(qū)動(dòng)電路，二極管采用快恢復(fù)的FR107管。
多路輸出IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
附件介紹了大功率IGBT的驅(qū)動(dòng)原理及工作特性，設(shè)計(jì)了一種高可靠可維護(hù)具有四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出的高電壓大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路，給出了電路的原理圖和關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)原理及相關(guān)波形。
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多路輸出的IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)電路原理圖及工作原理
根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖４所示，其工作原理為：PWM控制芯片輸出的兩路反相PWM 信號(hào)經(jīng)元件組成的功率放大電路放大之后，再經(jīng)脈沖變壓器隔離耦合輸出4路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。4路驅(qū)動(dòng)信號(hào)根據(jù)觸發(fā)相位分為相位相反的兩組。驅(qū)動(dòng)信號(hào)1與驅(qū)動(dòng)信號(hào)3同相位，驅(qū)動(dòng)信號(hào)2與驅(qū)動(dòng)信號(hào)４同相位。該電路采用脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)了被控IGBT高電壓主回路與控制回路的可靠隔離，IGBT 的GE間的穩(wěn)壓管用于防止干擾產(chǎn)生過高的ＵＧＥ而損壞IGBT的控制極。與MOSFET一樣，負(fù)偏壓可以防止母線過高ｄｕ／ｄｔ造成門極誤導(dǎo)通。但只要控制好母線電壓瞬態(tài)過沖，可不需要IGBT的負(fù)偏壓。此電路中，脈沖變壓器次級(jí)接相應(yīng)電路將驅(qū)動(dòng)波形的負(fù)脈沖截去，大大減少了驅(qū)動(dòng)電路的功耗。
關(guān)于IGBT驅(qū)動(dòng)電路問答
Q1，請(qǐng)問IGBT的驅(qū)動(dòng)電路一般是自己搭建還是買現(xiàn)成的？？ 現(xiàn)在已經(jīng)選好了一個(gè)IGBT模塊，請(qǐng)問如果要自己搭建驅(qū)動(dòng)電路的話，需要哪些原件？？有沒有統(tǒng)一的電路圖？？
答:大功率IGBT，需要大功率的驅(qū)動(dòng)電路，一般要求能提供（+-）15V以上，電流1A以上，前后沿陡的控制信號(hào)，達(dá)不到要求，會(huì)發(fā)熱或燒毀。要根據(jù)你的功率和頻率設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路。
Q2，請(qǐng)問具體的電路圖應(yīng)該是怎么樣的？？有一般可以套用的形式么？
答:頻率多少？電壓多高？功率多大？電流幾何？IGBT型號(hào)？
自己搭，可參照OCL電路，半橋推動(dòng)，可用SP2110.(約10元）PWM，可有驅(qū)動(dòng)模塊（IGBT廠家有推薦）
Q3，用的是西門康的igbt模塊SKM400GA123D 就是電流400A Vce 1200V的 然后頻率能到百Khz就行了~~~
答:這么大的模塊，如此高的頻率，可能還是廠家推薦的好。自己做，有些難度。
Q4，你好 是不是指那些現(xiàn)成的IGBT驅(qū)動(dòng)板？？
答:是的，可能有點(diǎn)貴。
