在此根據(jù)長(zhǎng)期使用IGBT的經(jīng)驗(yàn)并參考有關(guān)文獻(xiàn)對(duì) IGBT驅(qū)動(dòng)的電壓和功率做了一些總結(jié)，希望對(duì)廣大網(wǎng)友能夠提供幫助。

　　igbt驅(qū)動(dòng)工作原理

　　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。以下總結(jié)了一些關(guān)于IGBT驅(qū)動(dòng)器輸出性能的計(jì)算方法以供選型時(shí)參考。

　　igbt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。

　　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(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(lái)說(shuō)同樣至關(guān)重要。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。因此，在IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容Cies值在實(shí)際應(yīng)用中僅僅只能作為一個(gè)參考值使用。

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

　　igbt驅(qū)動(dòng)電壓要求

　　因 IGBT 柵極 - 發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但 IGBT 的輸入電容較 MOSFET 大，所以 IGBT 的驅(qū)動(dòng)偏壓應(yīng)比 MOSFET 驅(qū)動(dòng)所需偏壓強(qiáng)。圖 1 是一個(gè)典型的例子。在 +20 ℃情況下，實(shí)測(cè) 60 A ， 1200 V 以下的 IGBT 開(kāi)通電壓閥值為 5 ～ 6 V ，在實(shí)際使用時(shí)，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(shí)，導(dǎo)通時(shí)集射電壓 Uce 將減小，開(kāi)通損耗隨之減小，但在負(fù)載短路過(guò)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(shí)也限制了短路電流及其所帶來(lái)的應(yīng)力 （ 在具有短路工作過(guò)程的設(shè)備中，如在電機(jī)中使用 IGBT 時(shí)， +Uge 在滿(mǎn)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(dòng)對(duì)電源的要求

　　對(duì)于全橋或半橋電路來(lái)說(shuō)，上下管的驅(qū)動(dòng)電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅(qū)動(dòng)功率很小，主要是對(duì)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(shí)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(shí)產(chǎn)生的 du/dt 誤使 IGBT 導(dǎo)通，應(yīng)加上一個(gè) -5 V 的關(guān)柵電壓，以確保其完全可靠的關(guān)斷 （ 過(guò)大的反向電壓會(huì)造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為 -2 ～ 10 V 之間 ） 。

　　igbt驅(qū)動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的要求

　　從減小損耗角度講，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升沿和下降沿要盡量陡峭，前沿很陡的門(mén)極電壓使 IGBT 快速開(kāi)通，達(dá)到飽和的時(shí)間很短，因此可以降低開(kāi)通損耗，同理，在 IGBT 關(guān)斷時(shí)，陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時(shí)間，從而減小了關(guān)斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實(shí)際使用中，過(guò)快的開(kāi)通和關(guān)斷在大電感負(fù)載情況下反而是不利的。因?yàn)樵谶@種情況下， IGBT 過(guò)快的開(kāi)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(huì)造成 IGBT 或其他元器件被過(guò)壓擊穿而損壞。所以在選擇驅(qū)動(dòng)波形的上升和下降速度時(shí)，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(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的要求

　　由于 IGBT 的開(kāi)關(guān)過(guò)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(dòng)電源的平均功率為：

　　P AV =C ge △ Uge 2 f，

　　式中． f 為開(kāi)關(guān)頻率； Cge 為柵極電容。

　　對(duì)柵極布線要求

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

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

　　b ．正確放置柵極驅(qū)動(dòng)板或屏蔽驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路；

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

　　e ．柵極保護(hù)，箝位元件要盡量靠近柵射極。

　　三種IGBT驅(qū)動(dòng)電路

　　驅(qū)動(dòng)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(guò)1us以后IGBT正常開(kāi)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(huì)被擊穿，V3不導(dǎo)通，E點(diǎn)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(wú)電流流過(guò)，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(guò)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(shí)VCE的迅速上升使引腳6“懸空”。C2的放電使得B點(diǎn)電位為0V，則V S1仍然不導(dǎo)通，后續(xù)電路不動(dòng)作，IGBT正常關(guān)斷。

　　如有過(guò)流發(fā)生，IGBT的V CE過(guò)大使得VD2截止，使得VS1擊穿，V3導(dǎo)通，C4通過(guò)R7放電，D點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的保護(hù)。由EXB841實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的過(guò)程可知，EXB841判定過(guò)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(shí)注意如下幾點(diǎn)：

　　a、IGBT柵-射極驅(qū)動(dòng)回路往返接線不能太長(zhǎng)（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(kāi)通關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng)，使得開(kāi)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(lái)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(guò)電流保護(hù)取樣信號(hào)連接端，通過(guò)快恢復(fù)二極管接IGBT集電極。

　　e、14、15接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，一般14腳接脈沖形成部分的地，15腳接輸入信號(hào)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(dòng)電路

　　M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動(dòng)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(guò)載保護(hù)和 封閉性短路保護(hù)功能，同時(shí)具有延時(shí)保護(hù)特性。其分別適合于驅(qū)動(dòng)1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其 以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驅(qū)動(dòng)中小功率的IGBT時(shí)，驅(qū)動(dòng)效果和各項(xiàng)性能表現(xiàn)優(yōu)良，但當(dāng)其工作在高頻下時(shí)，其脈沖前后沿變的較差，即信 號(hào)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(jì)，散熱不是很好，容易因過(guò)熱造成內(nèi)部器件的燒毀。

　　日本三菱公司的M57959L集成IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片它可以作為600V/200A或者1200V/100A的IGBT驅(qū)動(dòng)。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(diǎn)：

　　（1） 采用光耦實(shí)現(xiàn)電器隔離，光耦是快速型的，適合20KHz左右的高頻開(kāi)關(guān)運(yùn)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(dòng)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(hào)傳輸延遲時(shí)間短，低電平-高電平的傳輸延時(shí)以及高電平-低電平的傳輸延時(shí)時(shí)間都在1.5μs以下。

　　（4） 具有過(guò)流保護(hù)功能。M57962L通過(guò)檢測(cè)IGBT的飽和壓降來(lái)判斷IGBT是否過(guò)流，一旦過(guò)流，M57962L就會(huì)將對(duì)IGBT實(shí)施軟關(guān)斷，并輸出過(guò) 流故障信號(hào)。

　　（5） M57959的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，這一電路的驅(qū)動(dòng)部分與EXB系列相仿，但是過(guò)流保護(hù)方面有所不同。過(guò)流檢測(cè)仍采用電壓采樣，電路特 點(diǎn)是采用柵壓緩降，實(shí)現(xiàn)IGBT軟關(guān)斷。

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

　　SD315A集成驅(qū)動(dòng)模塊

　　集成驅(qū)動(dòng)模塊采用+15V單電源供電，內(nèi)部集成有過(guò)流保護(hù)電路，其最大的特點(diǎn)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(shí)輸出電流可達(dá)±15A），具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和很高的隔離電壓能力（4000V）。2SD315A具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出通道，適合于驅(qū) 動(dòng)等級(jí)為1200V/1700V極其以上的兩個(gè)單管或一個(gè)半橋式的雙單元大功率IGBT模塊。其中在作為半橋驅(qū)動(dòng)器使用的時(shí)候，可以很方便地 設(shè)置死區(qū)時(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)換接口）、IGD（Intelligent Gate Driver，智能門(mén)極驅(qū)動(dòng)）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(hào)后，由LDI進(jìn)行編碼處理，為保證信號(hào)不受外界條件的 干擾，處理過(guò)的信號(hào)在進(jìn)入IGD前需用高頻隔離變壓器進(jìn)行電氣隔離。從隔離變壓器另一側(cè) 接收到的信號(hào)首先在IGD單元進(jìn)行解碼，并把解碼后的PWM信號(hào)進(jìn)行放大（±15V/±15A）以驅(qū)動(dòng)外接大功率IGBT。當(dāng)智能門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元IGD內(nèi)的 過(guò)流和短路保護(hù)電路檢測(cè)到IGBT發(fā)生過(guò)流和短路故障時(shí)，由封鎖時(shí)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(shí)間和封鎖時(shí)間，并把此時(shí)的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行編碼送 到邏輯控制單元LDI。LDI單元對(duì)傳送來(lái)的IGBT工作狀態(tài)信號(hào)進(jìn)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(dòng)信號(hào)相互 干擾，由DC/DC轉(zhuǎn)換器提供彼此隔離的電源供電。