IGBT工作范圍和計算方式：

　　IGBT的開關頻率不是算出來的，只能是在變頻電源生產廠家生產時測試它工作的最高頻率，正常時候，我們使用之前都需要先確定讓其大概工作在多少頻率段，并經過實驗調整最終確定其頻率的大小。另外要明確：IGBT的開關頻率就是控制電路的頻率。IGBT的新技術、新工藝不斷有新的突破；應用頻率硬開關5KHz～40KHz，軟開關40KHz～150KHz；功率從五千瓦到幾百千瓦！ IGBT的開關頻率如下表所示：

　　影響IGBT開關頻率的因素

　　開關管頻率一般看開關器件本身，裝置容量和拓撲基本確定了開關器件類型，從而確定了頻率。基于減小磁性元件體積和重量考慮，頻率當然越高越好，但開關損耗和頻率成正比。 開關頻率決定于很多因素，例如系統性能（動態、穩態、諧波等）的要求、開關器件本身的損耗特性、散熱方式（水冷/風冷）、使用環境、負載情況等等，不是一句話或者一個公式可以確定的。我們做產品時，還要考慮一些特殊的要求，比如地區性的認證要求，都可能影響開關頻率。

　　一般來說，IGBT開關頻率大小的確定需要考慮工作電路噪聲大小、IGBT的功耗包括開通和關斷、溫升情況、開關管的電壓電流尖峰、驅動波形的干擾情況（主要由于米勒效應引起）等。當關斷信號發出時，由于電路中不能避免的電感作用，電流不會立即降為0，需等到堆集在CE兩極的載流子漸漸消失，才能徹底關斷。電流越大，流過的載流子就越多，堆集的也就越多，自然關斷時間就越長。

　　IGBT開關頻率與開關損耗的關系

　　IGBT開關頻率是跟開關損耗有關，和靜態損耗沒有關系：

　　IGBT 的損耗簡單分為： IGBT開關損耗+IGBT靜態損耗+FWD導通損耗（如有）+FWD恢復損耗（如有）

　　如果是使用現成的伺服產品，則IGBT的開關頻率不是可以隨便設的，比如 Rexroth和Lenze的只能在4、8、16KHz這3檔中選，功率愈大，頻率相應的逾低，控制精度要求逾高，頻率相應地逾高。

　　值得一提的是如果是自己設計伺服，則需根據器件的開關速度，封裝的熱阻和最大耗散能力等指標，以及電流環精度需求，妥善選擇。常見的頻率有20KHz，16KHz ，15KHz，12KHz，10KHz，9KHz，8KHz，6KHz，5KHz，4.5KHz，4KHz等較為整裝的數值。 總之是一個實踐性很強的東西。

　　IGBT門極驅動是什么意思，工作原理是什么？

　　絕緣柵雙極晶體管 IGBT 是第三代電力電子器件，安全工作，它集功率晶體管 GTR 和功率場效應管 MOSFET 的優點于一身，具有易于驅動、峰值電流容量大、自關斷、開關頻率高 （10-40 kHz） 的特點，是目前發展最為迅速的新一代電力電子器件。廣泛應用于小體積、高效率的變頻電源、電機調速、 UPS 及逆變焊機當中。 IGBT 的驅動和保護是其應用中的關鍵技術。在此根據長期使用 IGBT 的經驗并參考有關文獻對 IGBT 的門極驅動問題做了一些總結，希望對廣大 IGBT 應用人員有一定的幫助。

　　1 IGBT 門極驅動要求

　　1.1 柵極驅動電壓

　　因 IGBT 柵極 - 發射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅動技術進行驅動，但 IGBT 的輸入電容較 MOSFET 大，所以 IGBT 的驅動偏壓應比 MOSFET 驅動所需偏壓強。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，為獲得最小導通壓降，應選取 Ugc ≥ （1.5 ～ 3）Uge（th） ，當 Uge 增加時，導通時集射電壓 Uce 將減小，開通損耗隨之減小，但在負載短路過程中 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力 （ 在具有短路工作過程的設備中，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 ） 。

　　1.2 對電源的要求

　　對于全橋或半橋電路來說，上下管的驅動電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅動功率很小，主要是對其內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 迅速關斷，應盡量減小電源的內阻，并且為防止 IGBT 關斷時產生的 du/dt 誤使 IGBT 導通，應加上一個 -5 V 的關柵電壓，以確保其完全可靠的關斷 （ 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 ） 。

　　1.3 對驅動波形的要求

　　從減小損耗角度講，門極驅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，達到飽和的時間很短，因此可以降低開通損耗，同理，在 IGBT 關斷時，陡峭的下降沿可以縮短關斷時間，從而減小了關斷損耗，發熱量降低。但在實際使用中，過快的開通和關斷在大電感負載情況下反而是不利的。因為在這種情況下， IGBT 過快的開通與關斷將在電路中產生頻率很高、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。所以在選擇驅動波形的上升和下降速度時，應根據電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。

　　1.4 對驅動功率的要求

　　由于 IGBT 的開關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 內部電阻； Rg 是柵極電阻。

　　驅動電源的平均功率為：

　　P AV =C ge △ Uge 2 f，

　　式中． f 為開關頻率； Cge 為柵極電容。

　　1.5 柵極電阻

　　為改變控制脈沖的前后沿陡度和防止震蕩，減小 IGBT 集電極的電壓尖峰，應在 IGBT 柵極串上合適的電阻 Rg 。當 Rg 增大時， IGBT 導通時間延長，損耗發熱加劇； Rg 減小時， di/dt 增高，可能產生誤導通，使 IGBT 損壞。應根據 IGBT 的電流容量和電壓額定值以及開關頻率來選取 Rg 的數值。通常在幾歐至幾十歐之間 （ 在具體應用中，還應根據實際情況予以適當調整 ） 。另外為防止門極開路或門極損壞時主電路加電損壞 IGBT ，建議在柵射間加入一電阻 Rge ，阻值為 10 k Ω左右。

　　1.6 柵極布線要求

　　合理的柵極布線對防止潛在震蕩，減小噪聲干擾，保護 IGBT 正常工作有很大幫助。

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

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

　　c ．應使用輔助發射極端子連接驅動電路；

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

　　e ．柵極保護，箝位元件要盡量靠近柵射極。

　　1.7 隔離問題

　　由于功率 IGBT 在電力電子設備中多用于高壓場合，所以驅動電路必須與整個控制電路在電位上完全隔離，主要的途徑及其優缺點如表 1 所示。

　　2 典型的門極驅動電路介紹

　　2.1 脈沖變壓器驅動電路

　　脈沖變壓器驅動電路如圖 2 所示， V1 ～ V4 組成脈沖變壓器一次側驅動電路，通過控制 V1 、 V4 和 V2 、 V3 的輪流導通，將驅動脈沖加至變壓器的一次側，二次側通過電阻 R1 與 IGBT5 柵極相連， R1 、 R2 防止 IGBT5 柵極開路并提供充放電回路， R1 上并聯的二極管為加速二極管，用以提高 IGBT5 的開關速度，穩壓二極管 VS1 、 VS2 的作用是限制加在 IGBT5g-e 端的電壓，避免過高的柵射電壓擊穿柵極。柵射電壓一般不應超過 20 V 。

　　圖 2 脈沖變壓器驅動電路

　　2.2 光耦隔離驅動電路

　　光耦隔離驅動電路如圖 3 所示。由于 IGBT 是高速器件，所選用的光耦必須是小延時的高速型光耦，由 PWM 控制器輸出的方波信號加在三極管 V1 的基極， V1 驅動光耦將脈沖傳遞至整形放大電路 IC1 ，經 IC1 放大后驅動由 V2 、 V3 組成的對管 （V2 、 V3 應選擇β 》100 的開關管 ） 。對管的輸出經電阻 R1 驅動 IGBT4 ， R3 為柵射結保護電阻， R2 與穩壓管 VS1 構成負偏壓產生電路， VS1 通常選用 1 W/5.1 V 的穩壓管。此電路的特點是只用 1 組供電就能輸出正負驅動脈沖，使電路比較簡潔。

　　圖 3 光耦隔離驅動電路

　　2.3 驅動模塊構成的驅動電路

　　應用成品驅動模塊電路來驅動 IGBT ，可以大大提高設備的可靠性，目前市場上可以買到的驅動模塊主要有：富士的 EXB840、841，三菱的 M57962L，落木源的KA101、KA102，惠普的 HCPL316J、3120 等。這類模塊均具備過流軟關斷、高速光耦隔離、欠壓鎖定、故障信號輸出功能。由于這類模塊具有保護功能完善、免調試、可靠性高的優點，所以應用這類模塊驅動 IGBT 可以縮短產品開發周期，提高產品可靠性。 。典型電路如圖 4 所示。

　　圖 4 由驅動模塊構成的驅動電路

　　HCPL316J 可以驅動 150 A/1200 V 的 IGBT ，光耦隔離， COMS/TTL 電平兼容，過流軟關斷，最大開關速度 500 ns ，工作電壓 15 ～ 30 V ，欠壓保護。輸出部分為三重復合達林頓管，集電極開路輸出。采用標準 SOL-16 表面貼裝。

　　HCPL316J 輸入、輸出部分各自排列在集成電路的兩邊，由 PWM 電路產生的控制信號加在 316j 的第 1 腳，輸入部分需要 1 個 5 V 電源， RESET 腳低電平有效，故障信號輸出由第 6 腳送至 PWM 的關閉端，在發生過流情況時及時關閉 PWM 輸出。輸出部分采用 +15 V 和 -5 V 雙電源供電，用于產生正負脈沖輸出， 14 腳為過流檢測端，通過二極管 VDDESAT 檢測 IGBT 集電極電壓，在 IGBT 導通時，如果集電極電壓超過 7 V ，則認為是發生了過流現象， HCPL316J 慢速關斷 IGBT ，同時由第 6 腳送出過流信號。

　　3 結語

　　通過對 IGBT 門極驅動特點的分析及典型應用電路的介紹，使大家對 IGBT 的應用有一定的了解。可作為設計 IGBT 驅動電路的參考。