IGBT驱动和过流保护电路研究

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1、IGBT的驱动和过流保护电路的研究摘要：本文首先谈论了IGBT的驱动电路的基本要求和过流保护分析,然后运用IGBT集电极退饱和原理,提供了一个采用分立元件构成的IGBT驱动电路和过流保护电路。仿真和试验结果证实了所设计驱动电路的可行性。　　一引言　　尽缘栅双极晶体管(INSulatedGateBipo1arTRANSISTOR，IGBT)是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、开关频率高、输进阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点,又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项

2、优点，是取代GTR的理想开关器件[1]。IGBT目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，广泛应用于各类固态电源中。IGBT的工作状态直接影响整机的性能，所以公道的驱动电路对整机显得很重要，但是假如控制不当，它很轻易损坏，其中一种就是发生过流而使IGBT损坏，本文主要研究了IGBT的驱动和短路保护题目，就其工作原理进行分析，设计出具有过流保护功能的驱动电路，并进行了仿真研究。　　二IGBT的驱动　　要求和过流保护分析　　1IGBT的驱动IGBT是电压型控制器件，为了能使IGBT安全可靠地开通和关断，其驱动电路必

3、须满足以下的条件：IGBT的栅电容比VMOSFET大得多，所以要进步其开关速度，就要有合适的门极正反向偏置电压和门极串联电阻。　　（1）门极电压　　任何情况下，开通状态的栅极驱动电压都不能超过参数表给出的限定值(一般为20v)，最佳门极正向偏置电压为15v土10％，这个值足够令IGBT饱和导通；使导通损耗减至最小。固然门极电压为零就可使IGBT处于截止状态，但是为了减小关断时间，进步IGBT的耐压、dv／dt耐量和抗干扰能力，一般在使IGBT处于阻断状态时，可在门极与源极之间加一个-5—-15v的反向电压[

4、2]。　　（2）门极串联电阻RG　　选择合适的门极串联电阻RG对IGBT的驱动相当重要，RG对开关损耗的影响见图1[3]。　　2IGBT的过流保护　　IGBT的过流保护就是当上、下桥臂直通时，电源电压几乎全加在了开关管两端，此时将产生很大的短路电流，IGBT饱和压降越小，其电流就会越大，从而损坏器件。当器件发生过流时，将短路电流及其关断时的I-V运行轨迹限制在IGBT的短路安全工作区[5]，用在损坏器件之前，将IGBT关断来避免开关管的损坏。　　三IGBT的驱动和过流保护电路分析　　根据以上的分析，本设计提

5、出了一个具有过流保护功能的光耦隔离的IGBT驱动电路，如图2。图2中，高速光耦6N137实现输进输出信号的电气隔离，能够达到很好的电气隔离，适合高频应用场合。驱动主电路采用推挽输出方式，有效地降低了驱动电路的输出阻抗，进步了驱动能力，使之适合于大功率IGBT的驱动，过流保护电路运用退集电极饱和原理，图2IGBT驱动和过流保护电路在发生过流时及时的关断IGBT，其中V1,V3,V4构成驱动脉冲放大电路，V1和R5构成一个射极跟随器，该射极跟随器提供了一个快速的电流源，减少了功率管的开通和关断时间。　　利用集电

6、极退饱和原理，D1、R6、R7和V2构成短路信号检测电路，其中D1采用快速恢复二极管，为了防止IGBT关断时其集电极上的高电压窜进驱动电路。为了防止静电使功率器件误导通，在栅源之间并接双向稳压管D3和D4。GR是IGBT的门极串联电阻。正常工作时：当控制电路送来高电平信号时，光耦6N137导通，V1、V2截止，V3导通而V4截止，该驱动电路向IBGT提供＋15V的驱动开启电压，使IGBT开通。当控制电路送来低电平信号时，光耦6N137截至，V1、V2导通。V4导通而V3截止，该驱动电路向IBGT提供－5V的

7、电压，使IGBT封闭。当过流时：当电路出现短路故障时，上、下桥直通此时＋15V的电压几乎全加在IGBT上，产生很大的电流，此时在短路信号检测电路中V2截止，A点的电位取决于D1、R6、R7和CESv的分压决定，当主电路正常工作时，且IGBT导通时，A点保持低电平，从而低于B点电位，所有A1输出低电平，此时V5截止，而C点为高电平，所以正常工作时，输进到光耦6N137的信号始终和输出保持一致。　　当发生过流时，IGBT集电极退饱和，A点电位升高，当高于B电位（即是所设置的电位）时，即是当电流超过设计定值时，A

8、1翻转而输出高电平，V5导通，从而将C点的电位箝在低电位状态，使与门4081始终输出低电平，即无论控制电路送来是高电平或是低电平，输进到光耦6N137的信号始终都是低电平，从而关断功率管，从而达到过流保护。直到将电路的故障排除后，重新启动电路。　　四：仿真与实验　　本设计电路在orCAD软件的仿真图形如下：向驱动电路输进，高电平为＋15v，低电平为－5v的方波信号。IGBT的输出波形如图3所在发生过流时及时的关断