IGBT的柵極驅(qū)動電路

1、13.2IGBT的柵極驅(qū)動電路的柵極驅(qū)動電路 n3.2.1 對對IGBT柵極驅(qū)動電路的要求柵極驅(qū)動電路的要求nIGBT的柵極驅(qū)動條件密切地關系到它的靜的柵極驅(qū)動條件密切地關系到它的靜態(tài)和動態(tài)特性。態(tài)和動態(tài)特性。n柵極電路的正偏壓柵極電路的正偏壓VGE、負偏壓、負偏壓-VGE和柵極和柵極電阻電阻RG的大小，對的大小，對IGBT的通態(tài)壓降、開關的通態(tài)壓降、開關時間、開關損耗、承受短路能力以及時間、開關損耗、承受短路能力以及dV/dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。電流等參數(shù)有不同程度的影響。 2柵極驅(qū)動條件與器件特性的關系柵極驅(qū)動條件與器件特性的關系 n柵極正電壓柵極正電壓VGE的變化對的變化對IGB

2、T的開通特性，的開通特性，負載短路能力和負載短路能力和dVCE/dt電流有較大影響。電流有較大影響。n柵極負偏壓則對關斷特性的影響比較大。柵極負偏壓則對關斷特性的影響比較大。 31. IGBT對柵極驅(qū)動電路的特殊要求對柵極驅(qū)動電路的特殊要求n由于由于IGBT的開關特性和安全工作區(qū)隨著柵極的開關特性和安全工作區(qū)隨著柵極驅(qū)動電路的變化而變化，因而驅(qū)動電路性能不驅(qū)動電路的變化而變化，因而驅(qū)動電路性能不好常常導致器件損壞，好常常導致器件損壞，IGBT對驅(qū)動電路有許對驅(qū)動電路有許多特殊的要求：多特殊的要求：n1) 驅(qū)動電壓脈沖的上升率和下降率要充分大。驅(qū)動電壓脈沖的上升率和下降率要充分大。 n2) IG

3、BT導通后，柵極驅(qū)動電路提供給導通后，柵極驅(qū)動電路提供給IGBT的的驅(qū)動電壓和電流要有足夠的幅度。驅(qū)動電壓和電流要有足夠的幅度。n瞬時過載時，柵極驅(qū)動電路提供的驅(qū)動功率要瞬時過載時，柵極驅(qū)動電路提供的驅(qū)動功率要足以保證足以保證IGBT不退出飽和區(qū)而損壞。不退出飽和區(qū)而損壞。 41. IGBT對柵極驅(qū)動電路的特殊要求對柵極驅(qū)動電路的特殊要求n3) IGBT的柵極驅(qū)動電路提供給的柵極驅(qū)動電路提供給IGBT的正向驅(qū)的正向驅(qū)動電壓十動電壓十VGE要取合適的值，特別是具有短路要取合適的值，特別是具有短路工作過程的設備中使用工作過程的設備中使用IGBT時，其正向驅(qū)動時，其正向驅(qū)動電壓更應選擇所需要的最小值

4、。電壓更應選擇所需要的最小值。 n4) IGBT的關斷過程中，柵一射極間施加的負的關斷過程中，柵一射極間施加的負偏壓有利于偏壓有利于IGBT的快速關斷，但也不宜取的的快速關斷，但也不宜取的過大。過大。(一般取一般取-10V)51. IGBT對柵極驅(qū)動電路的特殊要求對柵極驅(qū)動電路的特殊要求n5) 在大電感負載的情況下，過快的開關速度，在大電感負載的情況下，過快的開關速度，反而是有害的，大電感負載在反而是有害的，大電感負載在IGBT的快速開通的快速開通和關斷時，會產(chǎn)生高頻且幅值很高而寬度很窄和關斷時，會產(chǎn)生高頻且幅值很高而寬度很窄的尖峰電壓的尖峰電壓Ldi/dt，該尖峰不易吸收，容易造，該尖峰不易

5、吸收，容易造成器件損壞。成器件損壞。n6) 由于由于IGBT多用于高壓場合，所以驅(qū)動電路應多用于高壓場合，所以驅(qū)動電路應與整個控制電路在電位上嚴格隔離，一般采用與整個控制電路在電位上嚴格隔離，一般采用高速光耦合隔離或變壓器耦合隔離。高速光耦合隔離或變壓器耦合隔離。61. IGBT對柵極驅(qū)動電路的特殊要求對柵極驅(qū)動電路的特殊要求n7) IGBT的柵極驅(qū)動電路應盡可能地簡單、實用，應的柵極驅(qū)動電路應盡可能地簡單、實用，應具有具有IGBT的完整保護功能，很強的抗干擾能力，且的完整保護功能，很強的抗干擾能力，且輸出阻抗盡可能地低。輸出阻抗盡可能地低。n8) 驅(qū)動電路的柵極配線走向應與主電流線盡可能遠，

6、驅(qū)動電路的柵極配線走向應與主電流線盡可能遠，同時驅(qū)動電路到同時驅(qū)動電路到IGBT模塊柵一射引線應盡可能的短，模塊柵一射引線應盡可能的短，采用雙絞線或同軸電纜屏蔽線，并從柵極直接接到被采用雙絞線或同軸電纜屏蔽線，并從柵極直接接到被驅(qū)動驅(qū)動IGBT的柵一射極。的柵一射極。n9) 同一電力電子設備中，使用多個不同電位的同一電力電子設備中，使用多個不同電位的IGBT的時候，一定要使用光隔離器，解決電位隔離的問題。的時候，一定要使用光隔離器，解決電位隔離的問題。72. IGBT柵極驅(qū)動電路應滿足的條件n1) 柵極驅(qū)動條件對柵極驅(qū)動條件對IGBT特性的影響特性的影響n通態(tài)壓降和開通損耗與柵極電壓關系曲線通

7、態(tài)壓降和開通損耗與柵極電壓關系曲線 82) 負偏壓負偏壓-VGE對對IGBT的可靠運行的影響的可靠運行的影響 n圖圖3.7 集電極浪涌電流和關斷能耗與柵極負偏壓的關系集電極浪涌電流和關斷能耗與柵極負偏壓的關系 93) 柵極電阻RG的影響 n柵極電阻柵極電阻RG增加，將使增加，將使IGBT的開通與的開通與關斷時間增加，因而使開通和關斷能關斷時間增加，因而使開通和關斷能耗均增加。耗均增加。n而柵極電阻減小，又使而柵極電阻減小，又使dic/dt增高，可增高，可能引發(fā)能引發(fā)IGBT誤導通，同時誤導通，同時RG 上的損上的損耗也有所增加。但耗也有所增加。但RG 的增大會使的增大會使IGBT的開關時間增加

8、，進而使開關損的開關時間增加，進而使開關損耗增加，耗增加，10圖3.8 柵極電阻的影響曲線圖11柵極電阻的選取柵極電阻的選取n根據(jù)根據(jù)IGBT的電流容量和電壓額定值以及開的電流容量和電壓額定值以及開關頻率的不同選擇不同的關頻率的不同選擇不同的RG 阻值，一般應阻值，一般應選選RG 在幾歐姆到幾十歐姆之間，如下表所在幾歐姆到幾十歐姆之間，如下表所示示 123.2.2 EXB840系列集成驅(qū)動電路系列集成驅(qū)動電路n1. 主要性能指標。主要性能指標。 n1) 最高工作頻率：最高工作頻率：40kHZn2) 驅(qū)動輸出電壓：驅(qū)動輸出電壓：20Vn3) 光耦輸入電流：光耦輸入電流：10mAn4) 輸出柵流峰

9、值：輸出柵流峰值：4An5) 驅(qū)動器件：驅(qū)動器件：300A/1.2kV的的IGBTn6) 短路屏蔽時間：短路屏蔽時間：1.3us13EXB841集成驅(qū)動電路的原理圖集成驅(qū)動電路的原理圖 a) 結構圖結構圖 b) 原理圖原理圖 c) 接線圖接線圖1過電流保過電流保護電路護電路 2信號隔信號隔離電路離電路 3電壓放電壓放大電路大電路14（2）工作原理）工作原理 EXB 系列系列厚膜集成厚膜集成驅(qū)動電路驅(qū)動電路的內(nèi)部原的內(nèi)部原理電路如理電路如圖圖8.26所示所示由圖可知，由圖可知，光電耦合器光電耦合器OC1組成隔離環(huán)節(jié)；組成隔離環(huán)節(jié)；T2、T4、T5和和R1、C1、R2、R9組成放大環(huán)節(jié)組成放大環(huán)節(jié)

10、；T1、T3、D1、DW1 和和C2、R3、R4、R5、R6、C3、R7、R8、C4組成過流保護環(huán)節(jié)組成過流保護環(huán)節(jié)；5 V基準電壓環(huán)基準電壓環(huán)節(jié)節(jié)由由R10、DW2 和和 C5組成組成。 15 開開通過通過程。程。 光電耦合器光電耦合器 OC1 導通導通，A點電位降到點電位降到0 V，使使T1和和T2截截止。止。T2截止截止使使D點電位上升到點電位上升到20 V，T4導通，導通，T5截止。截止。T4通過柵極電阻通過柵極電阻 RG 向向 IGBT 的柵極提供一個驅(qū)動電流的柵極提供一個驅(qū)動電流使其導通使其導通 。16nT1截止截止，使，使20 V電源通過電源通過R3向電容向電容C2充電，充電，B

11、點電點電位上升位上升，由于，由于IGBT約約1s后導通，后導通，uCE下降至下降至3 V，從，從而將而將EXB841引腳引腳6的電位的電位鉗制在鉗制在8 V左右左右 ，因此，因此，B點點和和C點電位只能到點電位只能到8 V左右。左右。DW1 的穩(wěn)壓值為的穩(wěn)壓值為13 V 。n當當IGBT正常開通時正常開通時，DW1 不會被擊穿，不會被擊穿，T3不導通不導通 。 開開通過通過程。程。 17 關關斷過斷過程程。 開通信號取消后開通信號取消后，光電耦合器，光電耦合器OC1截止，截止，A點電位上升，使點電位上升，使T1和和T2導通導通，而而T2的導通的導通又使又使T4截止、截止、T5導通導通，IGBT

12、的柵極電的柵極電荷通過荷通過T5迅速放電，迅速放電，EXB841引腳引腳3的電位迅速下降至的電位迅速下降至0 V，使使IGBT可靠關斷可靠關斷 。18T1導通導通，使，使C2通過通過T1放電，放電，將將B點和點和C點電位鉗點電位鉗制在制在0 V，DW1仍不導通仍不導通，后面電路不會動作，后面電路不會動作，IGBT正常關斷。正常關斷。 關關斷過斷過程程。 19 保保護動作護動作過程。過程。 當發(fā)生短路當發(fā)生短路，IGBTIGBT承受大電流而退飽和時，承受大電流而退飽和時，u uCECE上升很上升很快，二極管快，二極管D D2 2截止，截止，B點和點和C點電位開始由點電位開始由8 8 V V上升上

13、升，當當上升到上升到1313 V V時，時，D DW1W1 被擊穿，被擊穿，T T3 3導通，導通，C4通過通過R7和和T3放放電，電，E點電位逐步下降點電位逐步下降，二極管，二極管D D1 1導通使導通使D D點電位也逐步點電位也逐步下降，從而使下降，從而使EXB841EXB841引腳引腳3 3的電位也逐步下降，的電位也逐步下降，慢慢關慢慢關斷斷IGBTIGBT。203.2.3 HR065 IGBT厚膜集成驅(qū)動電路厚膜集成驅(qū)動電路 （1 1）內(nèi)部結構和工作原理）內(nèi)部結構和工作原理輸入脈沖信號經(jīng)輸入脈沖信號經(jīng)高速光耦合器隔高速光耦合器隔離后，通過傳輸離后，通過傳輸級即可送到輸出級即可送到輸出級

14、，產(chǎn)生正、負級，產(chǎn)生正、負偏壓加到偏壓加到 IGBT 柵極。柵極。 故障檢測電路動作時，經(jīng)開關故障檢測電路動作時，經(jīng)開關 S2向故障信號輸出電路及導通保向故障信號輸出電路及導通保持電路發(fā)出動作信號。持電路發(fā)出動作信號。導通保持電路的作用是實現(xiàn)所謂的導通保持電路的作用是實現(xiàn)所謂的“軟關斷軟關斷” 。軟關斷的好處是可延長軟關斷的好處是可延長IGBT承受短路的時間，同時能有效地抑承受短路的時間，同時能有效地抑制制C、E端的關斷尖峰電壓，避免器件因過電壓而擊穿。端的關斷尖峰電壓，避免器件因過電壓而擊穿。邏輯電路的作用是保證只有在輸出正向偏壓期間，故障檢測電邏輯電路的作用是保證只有在輸出正向偏壓期間，故

15、障檢測電路才起作用，其余時間不起作用。路才起作用，其余時間不起作用。 21HR065的的內(nèi)部電路內(nèi)部電路原理圖原理圖 具體工作原理如下：具體工作原理如下：光耦合器光耦合器OC1、晶體管晶體管T1、T2、T3及電阻構成了驅(qū)動器及電阻構成了驅(qū)動器的基本電路。的基本電路。其中其中T2、T3為一對互補推挽輸出管，為一對互補推挽輸出管，T2導導通時通時T3必須截止，驅(qū)動器向必須截止，驅(qū)動器向IGBT柵極輸出正電壓，反柵極輸出正電壓，反之輸出負電壓。之輸出負電壓。T1為信號中間推動管。為信號中間推動管。光耦合器光耦合器OC1起傳遞輸入信號和實現(xiàn)輸入、輸出隔離的起傳遞輸入信號和實現(xiàn)輸入、輸出隔離的雙重作用。

16、雙重作用。 22T4、T5、D1及及R4R8、C1C3 構成了過電流檢測、故障構成了過電流檢測、故障信號輸出電路及導通保持電路。信號輸出電路及導通保持電路。當當IGBT正常導通時，正常導通時，引腳引腳8和引腳和引腳1之間的電壓（為之間的電壓（為IGBT飽和壓降與外接檢測二極管正向壓降之和）較低，飽和壓降與外接檢測二極管正向壓降之和）較低，故故 DW1 中無電流通過中無電流通過，T5基極沒有正向偏置而處于截止狀態(tài)，基極沒有正向偏置而處于截止狀態(tài)，故故障輸出端障輸出端5、6之間無電壓輸出。之間無電壓輸出。 23當發(fā)生過電流時當發(fā)生過電流時，IGBT的飽和壓降隨著短路電流的的飽和壓降隨著短路電流的增

17、大而升高，當增大到超過某一設定值時，增大而升高，當增大到超過某一設定值時，DW1 反向反向?qū)?，為導通，為T5提供基極電流，提供基極電流，T5由截止轉(zhuǎn)為導通，由截止轉(zhuǎn)為導通，故障故障輸出端有電壓輸出，輸出端有電壓輸出，此時此時D1導通，導通，強行將強行將T2、T3的基的基極電流減小，極電流減小，使使T2從飽和區(qū)退回到放大區(qū)，從飽和區(qū)退回到放大區(qū)，造成輸出造成輸出正向驅(qū)動電壓下降，正向驅(qū)動電壓下降，以實現(xiàn)軟關斷。以實現(xiàn)軟關斷。 24另一方面，另一方面，T5導通時，導通時，產(chǎn)生正向脈沖信號經(jīng)產(chǎn)生正向脈沖信號經(jīng)C2耦合到耦合到導通保持電路，導通保持電路，由于由于C3的作用的作用，可使，可使T4保持約

18、保持約30s45s的導通狀態(tài)的導通狀態(tài)，保證了保證了T1在這段時間內(nèi)可靠截止，在這段時間內(nèi)可靠截止，不受輸入端信號的影響。不受輸入端信號的影響。如果在這段時間內(nèi)如果在這段時間內(nèi)，過電流故障撤銷，過電流故障撤銷，則則D1截止截止，正，正向驅(qū)動電壓恢復正常，向驅(qū)動電壓恢復正常，IGBT 照常工作。照常工作。 25n此段時間以后，如過電流故障仍然存在，此段時間以后，如過電流故障仍然存在，在輸入封鎖信在輸入封鎖信號作用下，號作用下，光耦合器光耦合器 OC1 中的晶體管截止，中的晶體管截止，使使T1導通，導通，立即在立即在IGBT柵極上形成負偏電壓而關斷器件，柵極上形成負偏電壓而關斷器件，同時同時T6導

19、導通，通，故障檢測電路不起作用。故障檢測電路不起作用。nT6起著一個邏輯電路的作用，起著一個邏輯電路的作用，即只在驅(qū)動器輸出正向電即只在驅(qū)動器輸出正向電壓時才開放過電流檢測電路，壓時才開放過電流檢測電路，其他情況下均使其無效，其他情況下均使其無效，這樣才能可靠地防止這樣才能可靠地防止“假過電流假過電流”。263.2.4 M579系列集成驅(qū)動電路系列集成驅(qū)動電路nM57959L/M57962L混合集成驅(qū)動電路最高工混合集成驅(qū)動電路最高工作頻率也為作頻率也為40kHz，n采用雙電源供電采用雙電源供電(+15V和和-10V)，輸出電流峰值，輸出電流峰值分別為分別為2A(M57959L)和和5A(M5

20、7962L)，n電路驅(qū)動部分與電路驅(qū)動部分與EXB系列相仿，系列相仿，n過電流保護的特色：其檢測方法仍用電壓采樣，過電流保護的特色：其檢測方法仍用電壓采樣，保護方法則采用柵壓緩降，實現(xiàn)保護方法則采用柵壓緩降，實現(xiàn)IGBT軟關斷，軟關斷，避免關斷中過電壓。避免關斷中過電壓。 27M579系列的電路框圖系列的電路框圖 a）框圖）框圖 b）原理圖）原理圖1接口電路接口電路 2檢測電路檢測電路 3定時電路定時電路 4柵極減壓柵極減壓/封鎖電路封鎖電路 5輸出電路輸出電路283.2.5 2SD315A型集成驅(qū)動電路型集成驅(qū)動電路n1. 2SD315A簡介簡介n2SD315A是瑞士是瑞士CONCEPT公司

21、推出的公司推出的SCALE系列驅(qū)動電路中應用較多的一種，系列驅(qū)動電路中應用較多的一種， 是是可驅(qū)動和保護大功率可驅(qū)動和保護大功率IGBT的專用集成驅(qū)動電的專用集成驅(qū)動電路。路。n該電路可廣泛的應用于大功率電機控制器、弧該電路可廣泛的應用于大功率電機控制器、弧焊電源、焊電源、DC/DC變換器等領域。變換器等領域。n2SD315A內(nèi)部包含有兩路內(nèi)部包含有兩路IGBT驅(qū)動電路，可驅(qū)動電路，可用于驅(qū)動兩路用于驅(qū)動兩路IGBT，且具有安全性、智能性，且具有安全性、智能性與易用性等特點。與易用性等特點。 292. 2SD315A的內(nèi)部結構的內(nèi)部結構n三大功能模塊：三大功能模塊：n1.LDI（邏輯驅(qū)（邏輯驅(qū)

22、動轉(zhuǎn)換接口動轉(zhuǎn)換接口 ）n2.IGD（智能門（智能門極驅(qū)動極驅(qū)動 ）n3.輸入與輸出相輸入與輸出相互絕緣的互絕緣的DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 303. 2SD315A的特點的特點n1）可選擇的工作模式與死區(qū)時間）可選擇的工作模式與死區(qū)時間n2SD315A 可產(chǎn)生獨立工作模式與半橋工作模式兩可產(chǎn)生獨立工作模式與半橋工作模式兩種工作模式。種工作模式。n在獨立工作模式下在獨立工作模式下 ,驅(qū)動器的兩路輸出信號相互之驅(qū)動器的兩路輸出信號相互之間沒有任何邏輯聯(lián)系。間沒有任何邏輯聯(lián)系。n在半橋工作模式下在半橋工作模式下 ,驅(qū)動模塊本身可以直接產(chǎn)生所驅(qū)動模塊本身可以直接產(chǎn)生所需要的死區(qū)時間需要的死區(qū)時間 ,使驅(qū)

23、動的兩路輸出信號不會同時使驅(qū)動的兩路輸出信號不會同時為高電平。為高電平。n2）可選擇的控制邏輯電平）可選擇的控制邏輯電平n2SD315A 驅(qū)動模塊采用驅(qū)動模塊采用 15V 單電源供電單電源供電,輸入控制輸入控制信號信號 InA 與與 InB 可以分別采用可以分別采用TTL 電平與電平與 +15V 電電平兩種模式工作。平兩種模式工作。313. 2SD315A的特點的特點n3）可選模式的信號輸入與狀態(tài)輸出）可選模式的信號輸入與狀態(tài)輸出n控制側(cè)的兩路信號分別從引腳控制側(cè)的兩路信號分別從引腳 InA 與與 InB 輸入。輸入。在不同的工作模式下在不同的工作模式下 ,這兩路信號有著不同的功這兩路信號有著不同的功能。能。n在直接模式下在直接模式下