IGBT驱动电路原理与设计技巧详解.doc

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1、IGBT驱动电路原理与设计技巧详解　　本文着重介绍三个IGBT驱动电路。驱动电路的作用是将单片机输出的脉冲进行功率放大，以驱动IGBT，保证IGBT的可靠工作，驱动电路起着至关重要的作用，对IGBT驱动电路的基本要求如下：　　（1）提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT可靠的开通和关断。　　（2）提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT能迅速建立栅控电场而导通。　　（3）尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率。　　（4）足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘。　　（5）具有

2、灵敏的过流保护能力。　　驱动电路EXB841/840　　EXB841工作原理如图1，当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us以后IGBT正常开通，VCE下降至3V左右，6脚电压被钳制在8V左右，由于VS1稳压值是13V，所以不会被击穿，V3不导通，E点的电位约为20V，二极管VD截止，不影响V4和V5正常工作。　　　　当14脚和15脚无电流流过，则V1和V2导通，V2的导通使V4截止、V5导通，IGBT栅极电荷通过V5迅速放电，引脚3电位下降至0V，是IGBT栅一射间承受5V左右的负偏

3、压，IGBT可靠关断，同时VCE的迅速上升使引脚6“悬空”。C2的放电使得B点电位为0V，则VS1仍然不导通，后续电路不动作，IGBT正常关断。　　如有过流发生，IGBT的VCE过大使得VD2截止，使得VS1击穿，V3导通，C4通过R7放电，D点电位下降，从而使IGBT的栅一射间的电压UGE降低，完成慢关断，实现对IGBT的保护。由EXB841实现过流保护的过程可知，EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电压，6脚的电压不仅与VCE有关，还和二极管VD2的导通电压Vd有关。　　　　典型接线方法如图2

4、，使用时注意如下几点：　　a、IGBT栅-射极驱动回路往返接线不能太长（一般应该小于1m），并且应该采用双绞线接法，防止干扰。　　b、由于IGBT集电极产生较大的电压尖脉冲，增加IGBT栅极串联电阻RG有利于其安全工作。但是栅极电阻RG不能太大也不能太小，如果RG增大，则开通关断时间延长，使得开通能耗增加;相反，如果RG太小，则使得di/dt增加，容易产生误导通。　　c、图中电容C用来吸收由电源连接阻抗引起的供电电压变化，并不是电源的供电滤波电容，一般取值为47F。　　d、6脚过电流保护取样信号连接端

5、，通过快恢复二极管接IGBT集电极。　　e、14、15接驱动信号，一般14脚接脉冲形成部分的地，15脚接输入信号的正端，15端的输入电流一般应该小于20mA，故在15脚前加限流电阻。　　f、为了保证可靠的关断与导通，在栅射极加稳压二极管。　　b、端口VL/Reset　　这个端子是用来定义具有施密特性质的输入InA和InB的，使得输入在2/3VL时开通，在I/3VL时作为关断信号。当PWM信号是TTL电平时，该端子连接如图3-5所示，当输入InA和InB信号为15V的时候，该端子应该通过一个大约1K左右

6、的电阻连接到++15V电源上，这样开启和关断电压分别应该是lov和5V。另外，输入UL/Reset端还有另外的功能：如果其接地，则逻辑驱动接口单元l.DI001内的错误信息被清除。　　c、门极输出端　　门极输出Gx端子接电力半导体的门极，当SCALE驱动器用15V供电的时候，门极输出土15V.负的门极电压由驱动器内部产生。使用如图3-6结构的电路可以实现开通和关断的速度的不一样，增加了用户使用的灵活性。　　d、布局和布线　　驱动器应该尽可能近的和功率半导体放在一起，这样从驱动器到电力晶体管的引线就会尽

7、可能的短，一般来说驱动器的连线尽量不要长过10厘米。同时一般要求到集电极和发射极的引线采用绞合线，还有可以在IGBT的门极和发射极之间连接一对齐纳稳压二极管（15~18V）来保护IGBT不会被击穿。　　　　驱动模块的模式选择端MOD外接+15V电源，输入引脚RC1和RC2接地，为直接工作模式。逻辑控制电平采用+15V，信号输入管脚InA、InB连接在一起接收来自单片机的脉冲信号，进行同步控制。2SD315A的SO1和SO2两只管脚外接三极管和光耦用来向单片机输出两输出通道的工作状态，其输出端结构皆为集

8、电极开路输出，可以通过外接上拉电阻以适用于各种电平逻辑。在管脚SO1、SO2和电源之间以及VisoX和LSX之间加发光二极管进行故障指示。正常情况下SO1和SO2输出皆为高电平，上电后D3和D4先亮，延时几秒后熄灭，同时D8和D15发亮。　　当检测到故障信号时，SO1和SO2的输出电平被拉低到地，即D3和D4发亮，同时D8和D15闪烁。2SD315A是通过监测UCE（sat）来判断回路是否短路和过流，当检测到一路或两路发生过流现象时，检测电路会把异常状态