IGBT驱动保护电路设计和测试

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1、IGBT驱动保护电路的设计与测试胡宇吕征宇浙江大学电气工程学院310027摘要：本文在分析IGBT的动态开关特性和过流状态下的电气特性的基础上，通过对常规的IGBT推挽驱动电路进行改进，得到了具有良好过流保护特性的IGBT驱动电路。该电路简单，可靠，易用，配合DSP等控制芯片能达到很好的驱动效果。Abstract:Basedonthestudiesonthedynamicswitchingandover-currentcharacteristicsofIGBT,thispapermakessomeimprovmentstotheoriginalpush-pulldrivingcircui

2、t,obtainsanewIGBTdrivingcircuitwhichhasagoodover-currentprotectionfunction.Thecircuitissimple,reliableandeasytouse.CombinedwithcontrollingchipssuchasDSPitwilldoagreatjobindrivingapplications.关键词：IBGT；开关特性；驱动；过流保护；KeyWords:IGBT;switchingcharacteristics;driving;over-currentprotection1引言IGBT集功率MOSFE

3、T和双极型功率晶体管的优点于一体，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快且通态压降低，易高压大电流等特点。在IGBT的应用中，驱动和保护一直都是研究的关键技术，特别是过流保护方面。IGBT器件本身以及它在电路中运行条件的特点，决定了其过流保护和其他开关器件相比有很大的差别。IGBT的过流保护电路直接关系到整个系统的工作性能和运行安全。2IGBT驱动电路2.1IGBT的开关特性图1IGBT等效电路图2IGBT开关波型图3IGBT静态特性曲线由图1所示IGBT的等效电路和器件的内部结构可知，IGBT的开关控制是通过和MOSFET类似的栅极结构来完成的，因此

4、IGBT和MOSFET的开关过程大致相似。图2为IGBT硬开关时VGE、ICE和VCE的波型。开通时，当VGE达到开通门限后，到t2时间，ICE达到最大值，VCE下降过程中，由于和MOSFET一样的密勒电容CGC的作用，栅极电压基本恒定，延缓了IGBT的开通过程，当VCE下降结束，ICE达到稳态值，CGC作用消失，VGE以较快的上升率达到最大值。为了降低此效应，应该使栅极驱动源的内阻足够小，增加流经CGC的电流，加快开通速度。关断时，同样由于密勒电容的效应，当VCE上升的过程中，VGE有一段近似恒定的时间，影响关断的过程。另外，由于IGBT是双极性器件，在关断过程中有一个少子复合过程，造

5、成关断时的拖尾电流，这是IGBT和MOSFET开关最大的不同点，如图2所示，这也是影响IGBT工作频率的最主要原因。2.2IGBT驱动电路的要求2.2.1开通正栅压如图3IGBT静态特性曲线所示，IGBT正栅压VGE越大，导通电阻越低，损耗越小。但是，如果VGE过大，一但IGBT过流，会造成内部寄生晶闸管的静态擎柱效应，造成IGBT失效。相反如果VGE过小，可能会使IGBT的工作点落入线性放大区，最终导致器件的过热损坏，比较理想的IGBT驱动电压范围是12V

6、器件的误开通。为提高驱动电路的抗干扰能力，在关断时栅极加适当的负偏压，一般取为-10V

7、T内部有寄生晶闸管，在规定漏极电流范围内，其产生的正偏压不足以使晶体管导通，当漏极电流大到一定程度，正偏压足以使晶体管导通，近而使寄生晶闸管开通，栅极失去控制，发生擎柱效应。此时关断无效，集电极电流很大致使IGBT损坏。当电流还未达到擎柱效应所需电流大小时，如果IGBT运行指标超过SOA所限定的电流安全边界，也就工作在了过流状态下，长时间过流运行造成很高的功耗，损坏器件。当最严重的过流情况，短路发生时，电流很快达到额定电流的4-5倍