IGBT门级驱动的浅析（精品）.doc

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1、浅析IGBT门级驱动作者：雷斌绝缘栅双极晶体管IGBT是第—代电力电了•器件，安全工作，它集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容杲大、自关断、开关频率高（10-40kHz）的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中。IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。在此根据长期使用IGBT的经验并参考有关文献对IGBT的门极驱动问题做了一些总结，希望对广大IGBT应用人员有一定的帮助。1IGBT门极驱动要求1.1栅极驱动电压因IGBT栅极-发射极阻抗大，故町使用MOSFET驱

2、动技术进行驱动，但IGBT的输入电容较MOSFET大，所以IGBT的驱动偏压应比MOSFET驱动所需偏压强。图1是--个典型的例子。在+20°C情况下，实测60A,1200V以下的IGBT升通电压阀值为5〜6V,在实际使用时，为获得最小导通压降，应选取Ugc＞（1.5〜3）Ugc（th）»当Ugc増加时，导通时集射电压Ucc将减小，开通损耗随之减小，但在负载应路过程中Uge增加，集电极电流Ic也将随之增加，使得IGBT能承受短路损坏的脉宽变窄，因此Ugc的选择不应太大，这足以使IGBT完全饱和，同时也限制了愆路电流及其所带來的应力（在具有短路工作过程的设备中，如在电机中使用IGBT

3、时，+Uge在满足要求的情况下尽最选取最小值，以提高其耐短路能力）。1.2对电源的要求对于全桥或半桥电路來说，上下管的驱动电源要相互隔离,山于IGBT是电压控制器件，所需要的驱动功率很小，主要是对其内部几Ti•至几千皮法的输入电容的充放电，要求能提供较大的瞬时电流，要使TGBT迅速关断，应尽最减小电源的内阴，并且为防止IGBT关断时产生的du/dl误使IGBT导通，应加上一个-5V的关栅电压，以确保其完全可靠的关断（过大的反向电压会造成TGBT栅射反向击穿，--般为•2〜10V之间）。1.3对驱动波形的要求从减小损耗角度讲，门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽量陡悄，前沿很陡的门极

4、电压使TGBT快速开通，达到饱和的时间很短,因此可以降低开通损耗,同理,在IGBT关断时,陡哨的下降沿可以缩短关断时间，从而减小了关断损耗，发热量附低。但在实际使用屮，过快的开通和关断在大电感负载情况下反而是不利的。因为在这种情况下，IGBT过快的开通与关断将在电路中产生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压Ldi/dt,并且这种尖蜂很难被吸收抻。此电压有可能会造成IGBT或其他元器件被过圧击穿而损坏。所以在选择驱动波形的上升和下降速度时，应根据电路屮元件的耐压能力及du/dt吸收电路性能综合考虑。1.4对驱动功率的要求山于IGBT的开关过程需要消耗一定的电源功率，瑕小峰值电流可山

5、下式求出：TGP=△Ugc/RG+Rg；式中△Uge=+Uge+

6、Uge

7、:RG是IGBT内部电阻：Rg是栅极电阻。驱动电源的平均功率为：PAV=Cge△Uge2f,式屮.f为开关频率；Cgc为栅极电容。1.5栅极电阻为改变控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小IGBT集电极的电压尖峰，应在IGBT栅极串上合适的电阻Rg。当Rg增大时，TGBT导通时间延长，损耗发热加剧；Rg减小时，di/dt胡高，可能产生误导通，使IGBT损坏。应根据IGBT的电流容最和电压额定值以及开关频率來选取Rg的数值。通常在几欧至几十欧之间（在具体应用屮，还应根据实际情况予以适当调整）。另外为防止门极开路或

8、门极损坏时主电路加电损坏IGBT,建议在栅射间加入一电阴Rge，阻值为10kQ左右。1.6栅极布线要求合理的栅极布线对防止潜在震荡，减小噪声干扰，保护TGBT正常丁作有很大帮助。a.布线时须将驱动器的输出级和IGBT之间的寄生电感减至最低（把驱动冋路包围的面枳减到故小）：b.正确放置栅极驱动板或屏蔽驱动电路，防止功率电路和控制电路之间的耦合：c.应使用辅助发射极端子连接驱动电路；d.驱动电路输出不能和IGBT栅极直接相连时，应使用双绞线连接（2转/cm）:c.栅极保护，箝位元件要尽量靠近栅射极。1.7隔离问题山于功率IGBT在电力电了设备屮多用于高压场合，所以驱动电路必须与整个控制

9、电路在电位上完全隔离，主要的途径及其优缺点如表1所示。表1驱动电路与控制电路隔离的途径及优缺点优点缺点利用光电耦合器进行隔离体积小、结构简单、应用方便、输出脉宽不受限制，适用于PWM控制器1、共模干扰抑制不理想2、响应速度慢，在高频状态下应用受限制3、需要相互隔离的辅助电源利用脉冲变压器进行隔离响应速度快，共模干扰抑制效果好1、信号传送的最大脉冲宽度受磁芯饱和特性的限制，通常不大于50%,最小脉宽受磁化电流限制2、受漏感及集肤影响，加工工艺复杂2典型的门极驱动电路介绍