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1、第8卷第1期光学精密工程Vol.8,No.12000年2月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGFeb.,2000文章编号1004-924X(2000)01-0076-03IGBT栅极驱动技术探讨王世杰(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130021)摘要:绝缘栅双极二级管(IGBT)作为一种可控开关,获得了广泛应用。IGBT的栅极驱动技术是其应用的一个重要方面。在本文中着重讨论了IGBT栅极驱动及保护的基本问题,并介绍了几个新的应用实例。关键词:绝缘栅双极二级管;栅极;驱动;保护
2、中图分类号:TN313.6文献标识码:A避免IGBT误动作。对于小容量变换器中的1引言IGBT可不加负偏压也能正常工作,中等容量可加反偏压5-6V,对于大容量要加到15V。由于功率容量增加,控制方法简化及成本下2.2几种典型IGBT栅极驱动方式降等原因,功率半导体器件正获得更广泛的应用。1)变压器驱动法目前应用的功率半导体器件,根据其控制方此种方式优点是有利于驱动信号的隔离与驱式分为三种:动功率的传输,但限制了使用频率,不利于PWM1)二极管,由功率电路控制其通断。信号传输。2)晶闸管,用控制信号使其导通,但必须使
3、2)直接驱动法用功率电路使其关断。这种方式适用于小容量的不加保护的IGBT3)可控开关,由控制信号使其通断。应用场合。可用TTL加晶体管直接驱动IGBT,可控开关类包括:双结晶体管(BJT),金属氧它要求晶体管有较大的增益和较宽的频带。也可化物半导体场效应管(MOSFET),门可关断晶闸采用CMOS、线性运算放大器加射极跟随器直接管(GTO),绝缘栅双极二级管(IGBT),MOS控驱动IGBT。现有MIC4451等驱动器可直接用来制晶闸管(MCT),近年来主要发展的功率半导体驱动IGBT。器件是这类器件。3)光耦隔
4、离驱动IGBT集MOSFET和BJT的优点于一身,此种方式采用光耦传输驱动信号并进行放即具有输入阻抗高,速度快,热稳定性好和驱动电大,对通断时间宽度无限制,工作速度可足够高,路简单的特点,又具有通态电压低,耐压高和承受是目前广泛应用的一种方式。但它对光耦的要求电流大等优点,因而IGBT在电机驱动,功率变换较高,要求光耦速度快(传输延迟时间为S级),电路等方面获得了广泛应用。绝缘耐压高于电源电压,共模抑制比大。应用光耦隔离驱动方式有如下三种方式:1)2IGBT栅极控制技术光耦直接驱动IGBT,无故障检测及保护。2)
5、光耦加带保护的专用电路来驱动IGBT。3)光隔离、保2.1栅极电压的选择护及驱动等均封装在同一模块内,并且可采用正栅极电压的选择要考虑栅极电压的最大极限负偏压,十分便于使用。与集电极电流的使用范围,还要考虑栅极电路与2.3IGBT的保护器件参数的分散性.电压选为15V±10%较佳。IGBT的保护有过流、栅极过压欠压保护及IGBT栅极要加负电压,可增加栅极抗干扰能力,过热保护等。收稿日期:1999-09-10;修稿日期:1999-10-111期王世杰等:IGBT栅极驱动技术探讨771)负载短路保护最大供电电流Icc=
6、5mA。负载短路保护是桥接逆变器中的重要保护项宽工作电压范围,15-30V。目。最简单且常用的保护方法是检测IGBT的非最大开关速度:500nS。饱和状态,它能快速检测出短路时过电流的电平,3.2光耦加专用驱动电路利用断开栅极信号的方法来实现短路保护。另外光耦加带保护的专用电路驱动IGBT见比较常用的过流检测方法是用霍尔元件或CT测图2。出发射极电流,将反馈信号送控制器。2)欠压保护IGBT栅极需15V才能达到额定的C-E结导通压降,如果栅极电压低于13V,在大电流时,导通压降将急剧上升。当栅极电压低于10V,IG
7、BT将工作于线性区并且很快过热。所以要有低栅压保护电路,在栅极电压低于11V时断开栅极信号。3)过热保护Fig.2Gatedriverwithprotection可通过计算IGBT的热力学模型,来确定散HCPL-2601为具有高共模抑制的高速光耦,热器的温度。采用热敏电阻或温度开关测定散热其输入与TTL兼容。器温度并反馈信号给控制器来控制IGBT栅极信MC33153是专门设计用作IGBT栅极驱动号。的电路,同时它也非常适于驱动MOSFET和双极晶体管。其内部设有保护电路,包括:非饱和、过3IGBT驱动电路的实现流、
8、欠压保护。MC33153有故障输出信号(端7),可直接与3.1无保护光耦直接驱动光耦合器相接。准确全部地输出所有的故障信号,图1所示为无过流保护的光耦合器直接驱动对系统的安全运行非常重要。IGBT电路。HCPL-3120为可输出2A的IGBT前面已述及,IGBT需要栅极欠压保护。栅极驱动光耦(与其相同封装的3150输出能力为MC33153内设栅极欠压保护电路
