IGBT的驱动和保护电路应用研究.pdf

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1、产品与技术电气传动PRODUCT&TECHNOLOGY「IGBT」IGBT的驱动和保护电路应用研究文/北方工业大学机电学院黄全李宇成随着电力电子技术和半导体制造工艺及制造技术的发展，IGBT现在已逐步取代晶闸管，被越来越广泛地应用到电动机驱动器中。但是由于它工作在高频、高压、大电流的环境条件下，使得IGBT很容易损坏。另外IGBT的可靠驱动也关系到整个驱动器的可靠性，IGBT的驱动和保护电路是电动机驱动器中的关键部分。随着半导体元件制造工艺的完善和制造技术IGBT的驱动电路要满足以下条件：①驱动电的提高，半导体功率元件朝着大电流、高电压、快

2、路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。②通断、低功耗、模块化方向发展。IGBT以其优越用低内阻的驱动源对栅极电容充放电，保证U有ge的性能，现在已经逐步取代了如晶闸管等其他大足够陡峭的前后沿，使IGBT得开关损耗尽量小。另功率开关器件，被越来越广泛地应用到电动机驱外，IGBT开通后，栅极驱动源应提供足够的功率，动器中。但是由于它工作在高频、高压、大电流的使IGBT不至于退出饱和而损坏。③栅极电路中的环境条件下，很容易损坏，出现短路、过载、过热、正偏压应为＋12～＋15V，因为＋12～＋15V的过电压等问题，设计保护电路减少IGBT的损坏

3、就驱动电压足够使IGBT处于充分饱和，而此时通态成为使用IGBT的关键。另外，IGBT的可靠驱动压降也比较低，同时又能限制短路电流和因此产生也是电路设计的重点，它关系到整个装置运行的的应力。如果驱动电压低于12V，则器件通态损耗可靠。较大，IGBT处于欠电压驱动状态；如果驱动电压超为了实现IGBT的可靠驱动和解决IGBT的保护过15V，则难以实现电流的过电流、短路保护等，问题，国外开发了许多的IGBT驱动和保护集成电路影响IGBT的可靠工作。负偏压应为－2～－10V。或模块。本文将对惠普公司的HCPL－314J驱动电④IGBT驱动电路中的栅

4、极电阻R对工作性能有较g路和HCPL－788J保护电路进行分析研究。大的影响，因为IGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的。因此栅极电阻R的不同可以gIGBT的工作原理和特性改变输入电容的充放电时间，改变IGBT的关断速IGBT是电压型控制器件，它所需要的驱动电流度，影响其动态性能。R较大，有利于抑制IGBTg与驱动功率非常小，它的开通关断由栅极和射极间的di/dt电流上升率和du/dt电压上升率，但增加c电压U决定。理论上当U≥U(th)，即栅极驱动IGBT的开关时间和开关损耗。R较小，引起di/dtgegegegc电压大于阈值

5、电压时，IGBT即可导通。电流上升率增大，使IGBT误导通或损坏。⑤驱动IGBT的栅极驱动条件密切地关系到它的静态电路具有较强的抗干扰能力。和动态特性。栅极电路的正偏压U、负偏压－Ugege和栅极电阻R的大小，对IGBT的通态电压、开关损驱动电路和驱动电源的设计耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的IGBT的驱动电路一般分成两种：一种是分立影响。其中栅极正电压U的变化对IGBT的开通特元件搭成的驱动电路，简单、廉价；一种是专用集ge性、负载短路能力和dU/dt电流有较大的影响，而成驱动电路，性能稳定。HCPL－314J就是惠普公

6、ge栅极负偏压对关断特性的影响较大。栅极电路设计司生产的专用集成驱动电路，非常简单实用，有较时必须注意开通特性，负载短路能力和由dU/dt电强的抗干扰能力。ge流引起的误触发等问题。HCPL－314J作为专用驱动电路具有以下特60

7、电气时代·2010年第12期电气传动产品与技术PRODUCT&TECHNOLOGY征：①高速响应：信号传输延迟最大时间0.7μs。②整，以此灵活调整开关速度和减少寄生振荡。除了选宽广的运行温度范围：－40～100℃。③宽广的V择合适的栅极电阻R外，为了保证IGBT的U驱动CCgge运行范围：10～30V。电源稳定

8、可靠，还要在靠近IGBT的G－E之间加稳HCPL－314J集成电路中包含一个光耦，实现压管，以钳位dU/dt引起的耦合到栅极的电压尖峰。了控制电路与被驱动IGBT栅极的电气隔离，可将5本文中，我们使用的是SO16包装类型的HCPLV电压直接加到输入侧，非常适合驱动使用在电动－314J，具有两个通道。因为下端通道的V的参CC机控制逆变器中的功率IGBT和MOSFET。输出的考地为供电电源V地，而上端通道V的参考地为CCCC高运行电压范围提供了门极控制装置的驱动电压。IGBT射极极及负载端，在驱动电源设计时，我们需并且它提供的电压和电流使得它理

9、想的适合直接驱要设计4路单独、相互隔离的电源，其中1路电源动小或中等的功率IGBT。用于直接驱动下半桥3个IGBT，其余3路悬浮电源实际电路中设计时，R的选择首先根据器件用于分别