igbt驱动电路设计方法

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1、1.驱动条件1.1驱动电压对于目前的IGBT和MOSFET而言，此电压一般被限定为20V。推荐使用的栅极驱动电压推荐使用值须达到MOSFET：VGS=+10VIGBT：VGG+=+15V,VGG-=-15VIGBT驱动负偏电压的作用是，在整个关断过程中维持一个足够大的反向栅极电流。利用关断过程中的高dvCE/dt值，来吸取n漂移区内的大部分空穴载流子，进而缩短拖尾电流的时间。与IGBT不同的是，采用负偏的静态栅源电压来维持MOSFET关断状态的方法是不可取的，主要是由于MOSFET的晶体管结构所能够承受的dv/dt有限，从而

2、限制了栅源负偏电压的应用。a.门极正偏压电压:+VGE(导通期间)门极正偏压电压+VGE的推荐值为+15V，下面说明+VGE设计时应注意的事项。(1)+VGE应设计在G-E间最大额定电压VGES=士20V的范围内。(2)电源电压的变动在士10%范围内。(3)导通期间的C-E间饱和电压(VCE(sat))随+VGE变化，+VGE越高饱和电压越低。(4)+VGE越高，开通交换时的时间和损耗越小。(5)+VGE越高，开通时(FWD反向恢复时)的对置支路越容易产生浪涌电压。(6)即使是在IGBT断开的时间段内，由于FWD的反向恢复时

3、的dv/dt会发生误动作，形成脉冲状的集电极电流，从而产生不必要的发热。这种现象被称为dv/dt误触发，+VGE越高越容易发生。(7)+VGE越高，短路电流值越高，短路最大耐受量越小。b.门极反偏压电压:-VGE（阻断期间)门极反偏压电压-VGE的推荐值为-5V到-15V。下面说明-VGE设计时应注意的事项。(1)+VGE应设计在G-E间最大额定电压VGES=士20V的范围内。(2)电源电压的变动推荐在士10%范围内。(3)IGBT的关断特性依存于-VGE，特别是集电极电流开始关断部分的特性在很大程度上依存于-VGE。因此，

4、-VGE越大，关断交换时的时间和损耗越小。(4)dv/dt误触发在-VGE小的情况下也有发生，所以至少要设定在-5V以上。尤其是门极配线长的情况下要注意。c.门极电阻:RG门极电阻RG的数值，在说明书中用测定交换特性时的标准门极电阻值表示。将该值当做门极电阻RG的大致标准。以下说明RG设计时应注意的事项。(1)交换特性在开通和关断时均依存于RG,RG越大，交换时间和交换损耗就越大，但交换时的浪涌电压变小。(2)dv/dt误触发在RG较大时不太容易发生。(3)虽然N系列的IGBT的RG越大，短路最大耐受量会增加，但由于电流限制

5、值减少，因此，必须注意将装置的过电流跳闸水平设定在该限制值以下。当RG为标准门极电阻值（Tj=250℃)时，电流限制最小值为额定电流值的2倍左右。根据以上条件，选定最适合的门极驱动条件。2.2.驱动电流IGBT具有MOS门极构造，在交换时为了对该门极进行充放电，需要门极电流(驱动电流)从中流过。图1表示门极充电电荷量的特性。门极充电电荷量特性表示驱动IGBT所必要的电荷量，在计算平均驱动电流和驱动电力时使用。图2表示驱动电路的原理图和电压电流波形。驱动电路的原理是通过开关S1,S2交替转换正偏压电源和反偏压电源，转换时对门极

6、充放电的电流为驱动电流，图2中以电流波形所表示的面积(斜线部分)与图1中的充放电电荷量相等。图1门极充电电荷量特性(动态输入特性)图2驱动电路原理图以及电压电流波形驱动电流的峰值IGP可由以下近似式求取。（式1）+VGE正偏压电源电压-VGE反偏压电源电压RG驱动电路的门极电阻Rg模块内部的门极电阻从门极充电电荷量的特性的0V开始上升部分的斜度大体上与输入电容Cies等效，而反偏压领域可以作为这个部分的延长考虑。因此，驱动电流的平均值IG，如图1所示，可利用门极充电电荷量特性作下述计算。（式2）fs:开关频率Qg:从OV到+

7、VGE的充电电荷量Cies:IGBT的输入电容因此，设计时要保证驱动电路的输出段上能流过由这些近似式计算得出的电流IGP以及IG。根据上述内容，设计能够提供驱动电流和驱动电力的驱动电路。1.驱动电路的具体实例课题拟采用eupec(优派克)的单相桥IGBT模块F4-25R12NS4。Uces=1200V,IC=25A。开关频率为10kHz,从datesheet可以查出门级驱动电压为+15V,-15V;Qg=0.3uC;Cies=1.7nF;根据式2可以算出IGBT驱动电流为3.255mA.即可采用驱动电流大于3.255mA的驱

8、动芯片。拟采用驱动芯片HCPL-3120，从datesheet可以查出在高低电平时输出电流为0.5A~1.5A,可满足要求。图3HCPL-3120内部电路结构图另外，由于G-E间最大的额定电压为士20V，因此如果外加的电压有可能超出该电压时，需要在G-E间连接稳压管等保护措施，在此设计中选