igbt驱动电路范文

igbt驱动电路范文第1篇

关键词：驱动电路；IGBT保护；HCPL-316J

引言

绝缘门极双极型晶体管(Isolated Gate Bi―polar Transistor简称IGBT)是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。但是IGBT良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理，制约着IGBT的推广及应用。因此本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路。

IGBT驱动电路特性及可靠性分析

门极驱动条件

IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS。和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du／dt电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压UGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duddt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。

根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：

(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。

(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。

(3)门极电路中的正偏压应为+12～+15V；负偏压应为－2V～－10V。

(4)IGBT驱动电路中的电阻RG。对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT的开关时间和开关损耗；RG较小，会引起电流上升率增大，使IGBT误导通或损坏。RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT的容量有关，一般在几欧～几十欧，小容量的IGBT其RG值较大。

(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT的自保护功能。IGBT的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT的G-E极之间不能为开路。

驱动电路分类

驱动电路分为：分立插脚式元件的驱动电路；光耦驱动电路；厚膜驱动电路；专用集成块驱动电路。本文设计的电路采用的是光耦驱动电路。

IGBT驱动电路分析

随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件)，数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。一般数字信号处理器构成的控制系统，IGBT驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。因此本文采用Agilent公司的HCPL-316J门极驱动光耦合器结合DSP TMS320F2812设计出了一种可靠的IGBT驱动方案。

HCPL-316J特性

HCPL-316J是由Agilent公司生产的一种IGBT门极驱动光耦合器，其内部集成集电极发射极电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路，为驱动电路的可靠工作提供了保障。其特性为：兼容CMOS／TYL电平；光隔离，故障状态反馈；开关时间最大500ns；“软”IGBT关断；欠饱和检测及欠压锁定保护；过流保护功能；宽工作电压范围(15～30V)；用户可配置自动复位、自动关闭。DSP与该耦合器结合实现IGBT的驱动，使得IGBT％，欠饱和检测结构紧凑，低成本且易于实现，同时满足了宽范围的安全与调节需要。

HCPL-31 6J保护功能的实现

HCPL-316J内置丰富的IGBT检测及保护功能，使驱动电路设计起来更加方便，安全可靠。其中下面详述欠压锁定保护(UVLO)和过流保护两种保护功能的工作原理：

(1)IGBT欠压锁定保护(UVLO)功能

在刚刚上电的过程中，芯片供电电压由0V逐渐上升到最大值。如果此时芯片有输出会造成IGBT门极电压过低，那么它会工作在线性放大区。HCPL316J芯片的欠压锁定保护的功能(uVLO)可以解决此问题。当Vcc，与VE之间的电压值小于12V时，输出低电平，以防止IGBT工作在线性工作区造成发热过多进而烧毁。示意图详见图1中含UVLO部分。

(2)IGBT过流保护功能

HCPL-316J具有对IGBT的过流保护功能，它通过检测IGBT的导通压降来实施保护动作。同样从图上可以看出，在其内部有固定的7V电平，在检测电路工作时，它将检测到的IGBTC-E极两端的压降与内置的7V电平比较，当超过7V时，HCPL-316J芯片输出低电平关断IGBT，同时，一个错误检测信号通过片内光耦反馈给输入侧，以便于采取相应的解决措施。在IGBT关断时，其C-E极两端的电压必定是超过7V的，但此时，过流检测电路失效，HCPL－316J芯片不会报故障信号。实际上，由于二极管的管压降，在IGBT的C-E极间电压不到7V时芯片就采取保护动作。

驱动电路方案设计

驱动电路的主要逻辑部件是芯片HCPL一316J。它控制IGBT管的导通、关断并且保护IGBT。它的输出功能可以简略的用下面的逻辑功能表来描述。(详见表1)

表格中最后一列为输出。当输出为High时IGBT导通，否则IGBT关断。IGBT导通需要同时具备最后一行的五个条件，缺一不可，即同相输入为高；反相输入为低；欠压保护功能无效；未检测到IGBT故障，无故障反馈信号或故障反馈信号已被清除。

根据上述输出控制功能，设计电路如图2。

整个电路板的作用相当于一个光耦隔离放大电路。它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812)产生XPWMl及XCLEAR*信号输出给HCPL一316J，同时HCPL-316J产生的IGBT故障信号FAULT*给控制器。同时在芯片的输出端接了由NPN和PNP组成的推挽式输出电路，目的是为了提高输出电流能力，匹配IGBT驱动要求。

当HCPL-316J输出端VOUT输出为高电平时，推挽电路上管(T1)导通，下管(T2)截止，三端稳压块LM7915输出端加在IGBT门极(VGl)上，IGBTVCE，为15V，IGBT导通。当HCPL-316J输出端VOUT输出为低电平时，上管(T1)截止，下管(T1)导通，VCE为-9V，IGBT关断。以上就是IGBT的开通关断过程。

结语

IGBT对驱动电路有一些特殊要求，驱动电路性能的优劣是其可靠工作、正常运行的关键所在，高性能驱动电路的开发和设计是其应用的难点。本文详细分析了IGBT栅极驱动电路的特性，设计了一个采用HCPL-316J门极驱动光耦合器为核心的IBGT驱动电路。实际中应用于驱动Eupec公司200A／600V的低损耗IGBT模块，取得了很好的效果。

参考文献

1、刘志刚，叶斌，梁晖，电力电子学，北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社2004

2、王兆安，黄俊，电力电子技术，北京机械工业出版社2000

3、王建渊，钟彦儒，张晓滨，基于数字信号处理器的IGBT驱动电路可靠性分析与设计，电源技术应用2004

4郭红霞，杨金明，IGBT的发展，电源世界，2006

igbt驱动电路范文第2篇

【关键词】IGBT;驱动;保护

ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers. IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the the IGBT fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.

KEY WORDS：IGBT;drive;protection

绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor简称IGBT）是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。但是IGBT 良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理，制约着IGBT的推广及应用。因此本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路[1]。

1.IGBT驱动电路特性及可靠性分析

IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压、负偏压和门极电阻的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由电流引起的误触发等问题[2-3]。

根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：

（1）由于是容性输出输出阻抗;因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。

（2）用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT 不至退出饱和而损坏。

（3）门极电路中的正偏压应为+12～+15V;负偏压应为-2V～-10V。

（4）IGBT驱动电路中的电阻对工作性能有较大的影响，较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗;较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。的具体数据与驱动电路的结构及IGBT的容量有关，一般在几欧～几十欧，小容量的IGBT 其值较大。

（5）驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保护功能。IGBT 的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT的 G～E 极之间不能为开路。

2.IGBT驱动电路分类

根据IGBT的静态特性、开关暂态特性并考虑其允许的安全工作区，IGBT工作时门极驱动保护电路应满足如下基本要求：提供足够的栅极电压来开通IGBT，并在开通期间保持这个电压;在最初开通阶段，提供足够的栅极驱动电流来减少开通损耗和保证IGBT的开通速度;在关断期间，提供一个反向偏置电压来提高IGBT抗暂态的能力和抗EMI噪声的能力并减少关断损耗;在IGBT功率电路和控制电路之间提供电气隔离，对IGBT逆变器，一般要求的电气隔离为2500V以上;在短路故障发生时，驱动电路能通过合理的栅极电压动作进行IGBT保护，并发出故障信号到控制系统。

2.1 直接驱动电路

如图1所示，为了使IGBT稳定工作，一般要求双电源供电方式，即驱动电路要求采用正、负偏压的两电源方式，输入信号经整形器整形后进入放大级，放大级采用有源负载方式以提供足够的门极电流。为消除可能出现的振荡现象，IGBT 的栅射极间接入了RC网络组成的阻尼滤波器。此种驱动电路适用于小容量的IGBT。

图1 IGBT直接驱动电路

2.2 光电隔离驱动电路

光耦隔离驱动电路如图2所示。由于IGBT是高速器件，所选用的光耦必须是小延时的高速型光耦，由控制器输出的方波信号加在三极管的基极，驱动光耦将脉冲传递至整形放大电路，经放大后驱动由T1、T2组成的对管。对管的输出经电阻R驱动IGBT。

图2 IGBT直接驱动电路

2.3 变压器隔离驱动电路

图3是IGBT的变压器隔离驱动电路。图中的辅助MOS管是N沟道增强型MOS管，其漏极为D、原极为S、栅极为G。P端有正信号输入时，变压器的二次侧电压VGS经二极管D1向IGBT提供开通电压并给门极/源极结电容C充电，这时辅助MOS管受反偏（S点为正，G点为负）而阻断，阻断了IGBT门极结电容C经MOS管放电。当P端有负信号输入，脉冲变压器二次侧VGS>0，辅助MOS管导通，D、S两点导通，抽出IGBT门极结电容C的电荷，使其关断。

图3 IGBT直接驱动电路

2.4 驱动模块构成的驱动电路

应用成品驱动模块电路来驱动IGBT，可以大大提高设备的可靠性，目前市场上可以买到的驱动模块主要有：富士的EXB840、841，三菱的M57962L，惠普的HCPL316J、3120等。这类模块均具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定、故障信号输出功能。由于这类模块具有保护功能完善、免调试、可靠性高的优点，所以应用这类模块驱动IGBT可以缩短产品开发周期，提高产品可靠性。下面以三菱的驱动模块M57962L为例，说明此类电路的工作原理。

M57962L是由日本三菱电气公司为驱动IGBT而设计的厚膜集成电路。M57962L内部集成了退饱和、检测和保护单元，当发生过电流时能快速响应，但慢关断IGBT，并向外部电路给出故障信号。它输出正驱动电压+15V，负驱动电压-10V。内部结构如图4所示，由光耦合器、接口电路、检测电路、定时复位电路以及门关断电路组成。M57962L是N沟道大功率IGBT模块的驱动电路，能驱动600V/400A和1200V/400A的IGBT。M57962L具有如下特点：

（1）采用快速型光耦合器实现电气隔离，适合20kHz的高频开关运行。光耦合器一次侧已串联限流电阻（约185Ω），可将5V的电压直接加到输入端，具有较高输入、输出隔离度（Uiso=2 500V，有效值）。

（2）采用双电源供电方式，以确保 IGBT 可靠通断。如果采用双电源驱动技术，其输出负栅极电压比较高。电源电压的极限值为+18V/-15V，般取+15V/-10V。

（3）内部集成了短路和过电流保护电路。M57962L的过电流保护电路通过检测 IGBT 的饱和压降来判断是否过电流，一旦过电流，M57962L 将对 IGBT实施软关断，并输出过电流故障信号。

（4）输入端为TTL门电平，适于单片机控制。信号传输延迟时间短，低电平转换为高电平的传输延迟时间以及高电平转换为低电平的传输时间都在1.5μs以下。

图4 触发电路总体框图

采用M57962L驱动IGBT模块的实际应用电路如图5所示。供电电源采用双电源供电方式，正电压+15V，负电压-10V。当IGBT模块过载（过电压、过电流），集电极电压上升至15V以上时，隔离二极管VD1截止，模块M57962L的1脚为15V高电平，则将5脚置为低电平，使IGBT截止，同时将8脚置为低电平，使光耦合器工作，进而使得驱动信号停止;稳压二极管VS1用于防止VD1击穿而损坏M57962L;R1为限流电阻。VS2、VS3组成限幅器，以确保IGBT的基极不被击穿。

图5 触发形成电路

3.结论

通过对IGBT门极驱动特点的分析及典型应用电路的介绍，使大家对IGBT 的应用有一定的了解。可作为设计IGBT驱动电路的参考。

参考文献

[1]郭帆，等.晶闸管强触发电路设计[J].核电子学与探测技术，2012：32（6）：698-699.

[2]黄连生，等.光纤通讯技术在晶闸管触发系统中的应用[J].电力电子技术，2007，41（11）：43-45.

igbt驱动电路范文第3篇

图2所示为驱动电路设计的方案框图，电路包含光纤发送电路、驱动转接电路、驱动器三部分。实际应用中，IGBT与DSP控制板的安装位置相距较远，为了增强抗干扰能力，实现远距离传输，由DSP控制板发出的PWM波(电信号)经光纤发送电路转换为光信号再经光纤传至驱动转接电路。驱动转接电路将光信号转换为与IGBT驱动器电平匹配的电信号，送给IGBT的驱动器。驱动转接电路要靠近IGBT驱动器安装，两者通过屏蔽排线连接可以增加抗干扰性。驱动器上反馈的IGBT故障信号沿与上述PWM波传输相反的路径送给DSP控制板，DSP对其处理然后发出相应保护指令。驱动器保护电路负责检测和保护功率器件，防止意外产生，可立即关断器件。

2驱动电路设计

2．1光纤发送电路由DSP发出的PWM信号先通过RC滤波和施 密特触发器整形后送给后面的光纤发送电路，转换为光信号，如图3所示。RC低通电路的参数如图3所示，截止频率fp=1/2πR1C1=6．8MHz，可滤除PWM波的高频干扰，二极管D1、D2将电平钳位在0V或5V，反相施密特触发器74HC14输出传递延迟为几十ns。二输入与非门SN75452的目的是为增强驱动能力。光纤发送、接受器分别采用AVAGO的HFBR1521和2521，这对组合能实现5MBd的传输速率下最大20m的传输距离。

2．2驱动转接电路驱动转接电路接收光纤传递过来的PWM波信号，将光信号转换为电信号，然后分成两路送给并联的两个IGBT的驱动器。图4为驱动转接电路的部分原理图。为了防止IGBT直通［7］，要求IGBT上、下管驱动信号不能同时为高电平。驱动转接电路将输入的两路信号PWM-A，PWM-B(对应IGBT上、下管驱动信号，低电平有效)其中一路信号做“非”处理然后与另一路信号做“与非”处理，这样，当驱动转接电路输入的两路PWM信号同时为低电平时，驱动转接电路输出PWM信号为低电平(高电平有效)，IG-BT上、下管均关断而不会直通。IGBT发生故障时，如过流、短路和驱动器电源欠压等，驱动器会反馈故障信号给驱动转接电路(图4中的SO1、SO2)。在驱动转接电路中将PWM信号与IGBT故障反馈信号SO(低电平有效)做“与”处理，这样当驱动器检测到IGBT故障时，驱动转接电路会封锁PWM信号输出(输出低电平)，及时关断IGBT。同时故障信号经驱动转接电路、光纤发送电路反馈给DSP，DSP对其处理后发出相应保护指令。

2．3驱动器电路

2．3．1输入信号处理2SP0320T2A0是基于CONCEPT公司的SCALE－2芯片组的驱动器。该驱动器采用脉冲变压器隔离，通过磁隔离把信号传到高压侧。根据脉冲变压器一次侧二次侧，芯片分为原方和副方。原方芯片有两个重要的特点:①芯片带宽很高，可以响应极高频的信号;②芯片的两个脉冲信号INA、INB输入跳变电平比较低，虽具有施密特特性，可是若噪声超过这个数值，驱动器也能响应。在SCALE－2输入芯片中，一般不使用窄脉冲抑制电路。但是若驱动器前端脉冲信号进行长线传输时，鉴于上述噪声干扰，窄脉冲抑制电路非常必要，然后再经施密特触发器CD40106，可将信号跳沿变得陡峭。门电路要就近接入INA、INB脚，如图5所示。为提高抗干扰能力可以在接收端放置一数值较小的下拉电阻，为提高输入信号的信噪比则可在输入侧配置电阻分压网络提高输入侧的跳变门槛，例如本来输入电压门槛分别为2．6V和1．3V经电阻R1=3．3kΩ和R2=1kΩ提高到了11．18V和5．59V。

2．3．2报错信号的处理报错信号SO管脚直接连到ASIC中，其内部为漏极开路电路，对噪声比较敏感，且连线越长，对噪声越敏感。对SO信号的处理有以下的方法:(1)SO信号必须有明确电位，最好就近上拉;(2)SO信号经过长线传输时，可以配合门电路，提高电压信号抗干扰能力，且接收端配合阻抗合适的下拉电阻;(3)SO接10Ω小电阻，再用肖特基二极管做上下箝位保护，控制器端用电阻上拉。如图6所示对应上述的第2种，虚线表长线传输。

2．3．3IGBT短路保护当IGBT发生短路时，短路电流会在短时间内图6报错信号处理达到额定电流的5倍～6倍［8］，此时必须关断IG-BT。否则会造成IGBT不可恢复的损坏，因此为保护功率器件，需要设计保护电路。短路检测一般用电阻或者二极管，检测功率器件C、E的饱和压降，图7则为二极管检测电路，当IGBT发生短路时，集电极电位上升，二极管截止，VISO通过R向C充电至参考电位，相应的比较器输出翻转，从而检测到短路状态。式中:VGLX为驱动器的关断电压，2SP0320T－2A0关断电压为－10V，C的值推荐在100pF～1nF，R的值推荐在24kΩ～62kΩ。驱动器短路保护原理如图8所示(由电阻Rvce检测短路)。其中VISO、VE、COM是由芯片内部将副边输出25V电源处理出来的端口。VISO、VE之间15V，是稳压的，COM、VE之间－10V，是不稳的。当IGBT导通时，B点电位从－10V开始上升(内部mosfet将B点电位箝在－10V)，IGBT集电极电位开始下降至Vcesat(2V左右)，最终B点电位也达到Vcesat;当IGBT短路后，IGBT会退出饱和区，此时A点电位(集电极)会迅速上升到直流母线电压，A点通过电阻向B点充电，由二极管钳位，B点电压在15V左右。经过一段时间后(极短的时间)，B点电位上升到参考电压C点，比较器翻转，IGBT被关断。参考电压通过电阻R2来设置，VREF=150μA•R2。由于密勒电容的存在，当IGBT短路时，门极电位会被抬升，相应短路电流会增大。门极钳位电路可以将门极电位钳住，以确保短路电流不会超过规定的范围，一般有俩种方法:①G和E之间接一个双向的TVS。②门极直接接一个肖特基二极管将门极钳位在15V。IGBT发生短路时，此时关断管子di/dt会很大，电路中的杂散电感会感应出很高的尖峰电压或较大的dv/dt，关断过压值可通过Vtr=Lsdi/dt计算，Ls表杂散电感，这些都可能损坏IGBT。有源钳位电路［9］则可以钳住IGBT的集电极电位，当集电极－发射极电压超过阈值时，部分打开IGBT，从而令集射电压得到抑制。有源钳位电路一般在发生故障时才会动作，正常时不动作，因为在器件正常关断时产生电压尖峰不太高，但过载和发生短路时，此时关断管子会产生非常高的电压尖峰。最基本的有源钳位电路，只需要TVS管和普通快恢复二极管即可构成，但存在TVS管功耗大和钳位效果不好等缺点，基于SCALE－2设计的AdvancedActiveClamping电路改进了这些缺陷，钳位的准度及电路的有效性大大提高，可参考文献［10］。

3实验波形与分析

将设计出IGBT驱动电路应用在前面所述500kW光伏逆变器上。我们用示波器分别测量一路PWM信号光纤发送板的输出波形和光纤转接板的输入波形，如图9(a)所示，测量光纤转接板输出波形和IGBT驱动器输出波形，如图9(b)所示。同一桥臂上下管的驱动信号如图9(c)所示。可以看出，该驱动电路信号传输延迟小，跳沿陡峭，信号无失真，说明其抗干扰能力强。上下管的脉冲之间明显有一死区时间，可防止桥臂直通。采用了该驱动电路的500kW光伏逆变器运行状况良好。我们测量了其约80%负载时并网电流波形，如图9(d)所示，电流波形为光滑正弦波，总谐波畸变率THD＜2%。

4结论

本文设计的一款大功率的IGBT驱动电路，在实际500kW的光伏逆变器中得到验证，驱动稳定可靠，并具有保护作用，对整个光伏并网系统的可靠性起了重要的作用，可应用于类似大功率变流设备中，对其他驱动电路设计也具有很好的借鉴性和指导性。

igbt驱动电路范文第4篇

【关键词】IGBT；驱动电路，过流保护电路；IR22141芯片

前言

绝缘栅双极型晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种由双晶体管组成的器件，既具有栅极电压控制快速开关特性，又具有双极晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点。但是IGBT的门极驱动电路影响IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路电流能力等参数，决定了IGBT的静态与动态特性。因此在使用IGBT时，最重要的工作就是设计好驱动和保护电路。

本文将从IR22141芯片简介、门极电路设计以及有源钳位设计三个方面来叙述。

1.IR22141芯片简介

IR22141是适合于单向器半桥栅极驱动，高栅极驱动能力（2A源，3A接收器）和低静态电流使自举电源在中等功率系统的功率开关应用技术。该IR22141具有通过功率晶体管饱和检测手段全面的短路保护。该IR22141通过关闭顺利通过专用的软关断引脚的去饱和晶体管，因此防止过电压年龄和减少电磁排放管理所有半桥故障。在多相体系IR22141驱动程序使用一个专用的本地网络（SY_FLT和故障/SD信号）妥善管理相-相短路沟通。系统控制器可以强制关闭或通过3.3 V兼容CMOS的I/O引脚（故障/SD）读取设备故障状态。为了提高从直流母线噪声信号免疫力，控制和电源地使用专用引脚实现低侧发射极电流检测以及。欠压条件下浮动，低压电路独立管理。图1为利用IR22141芯片驱动IGBT模块的典型电路连接图。

2.门极电路设计

IGBT门极（G极）驱动电阻器、电容器等应该尽量靠近模块引线端子放置。IGBT模块关断过压较小，G极驱动电阻无需远大于规格书给定值。如果IGBT开通、关断使用不同阻值的电阻，可以用二极管（最好是肖特基二极管）隔开（如图2所示）。该二极管还有助于加速负载短路时VCE 的退饱和，从而安全地关断IGBT。由于IGBT模块一般采用螺栓式引线端子，为减小电路的寄生电容和电感，驱动电路板常被直接安装在模块上，所以温度因素不可忽略，我们就要尽可能选用温漂系数小的器件，比如G极驱动电容最好选用Ⅰ类介质独石电容器，这样可以保证工作时功率器件开关性能的稳定。

3.有源箝位设计

IGBT工作期间难免遭受瞬时C、E之间的过电压，特别是在器件发生短路继而关断的时候，因此需要一个吸收电路，比较常见的做法是在母线端加吸收电容或使用TVS作有源箝位。这里主要介绍利用TVS进行有源箝位，如图3中圈出部分。TVS是在稳压管工艺基础上发展起来的一种产品，在规定的反向应用条件下承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位响应时间为ps级。

4.结语

本文从对IR22141芯片的简介入手，大致了解了IR22141芯片的功能和特点。又分别介绍了门极电路设计和有源箝位设计的工作原理。设计的基于IR22141的大功率IGBT驱动电路可以实现大功率的IGBT驱动，同时从整体上来看拥有保护电路的能力，使得IGBT的应用更加完善与安全。实验结果证明了这种方案的合理性与有效性。

参考文献

[1]郑姿清.3.3kV IGBT模块驱动设计分析（英飞凌科技中国有限公司，上海：2012，03.

[2]史平君――绝缘栅双极晶体管（IGBT）的驱动与保护[J].火控雷达技术，1996（3）：15-18.

[3]尹海.IGBT驱动电路性能分析[J].电力电子技术，1998（2）：21-33.

[4]陈建业.电子电力电路的计算机仿真[M].北京：清华大学出版社，2005.

[5]王秀利，潘燕，冯江华，等.网测变流器系统建模及半实物仿真实现[J].机车电传动，2005（5）：8-11.

作者简介：

方昱琨（1992―），男，山东烟台人，大学本科，研究方向：电子信息通信。

曾卫华（1978―），男，江西人，博士研究生，研究方向：地球物理仪器。

李佳澳（1992―），女，辽宁沈阳人，大学本科，研究方向：嵌入式编程。

余明典（1993―），女，四川巴中人，大学本科，研究方向：单片机开发研究。

igbt驱动电路范文第5篇

【关键词】IGBT;驱动;米勒效应

Abstract：In order to meet the needs of the applications，the drive circuit of the 600V/50A IGBT module has be designed，which mainly considers the effect of the Miller effect and the dV/dt on the IGBT.The amplitude of driving voltage and the driving current value of the drive circuit has be determined through the parameter analysis and calculation. The driving circuit is driven by the optocoupler isolation，power and grid protection circuit.The experimental results show that the drive circuit to obtain the IGBT output waveform is good at frequency 100KHz，meet the design requirements.

Keywords：GBT;Driver;Miller effect

引言

开关速度、导通损耗以及稳定度之间的平衡是选择IGBT的重要因素;而稳定可靠的IGBT驱动电路是IGBT发挥良好开关特性的重要保证，它可以避免在IGBT操作过程中由于信号干扰、电流或电压不足、操作延时等各种原因造成的开关误动作的发生，因此IGBT驱动电路的设计关系到整个电路系统设计的成败，对IGBT的使用来说至关重要。IGBT的开通与关断是由门级电压控制的，所需的驱动电压和驱动功率与IGBT的内部参数有着紧密的关联;如何避免米勒效应和dV/dt的影响是成功驱动IGBT的关键。

1.IGBT模块

由于实际电路的需求，所选的IGBT模块的集电极-发射极电压为Vecs=600V，集电极电流Inc=50A，最大门级驱动电压为±20V。该IGBT模块内含四个IGBT构成H桥，其内部结构如图1所示：

图1 IGBT模块内部结构图

图2 IGBT输出特性曲线图（（Vce-Ic）

图1中可以看到，IGBT模块每个桥臂上都有一个IGBT和一个反并联续流二极管组成，在使用时两者都会产生损耗。

2.驱动参数计算

2.1 门级驱动信号及电压幅值

作为开关型电子器件，IGBT（和MOSFET一样）属于电压驱动型器件，IGBT的控制端采用高/低电平变换的PWM波，当控制端处于高电平时IGBT处于打开状态，当控制端是低电平时IGBT处于关闭状态。

图2为该IGBT模块的输出特性曲线，图2中可以看到，栅极-源极电压VGE>=9V后，流过集电极电流Ic可以达到50A以上，当VGE>=15V时，IGBT工作在恒流区，由于Vge>17V后，门级电压过高，会导致IGBT饱和电流过高和开关速度过快，增加短路的风险，因此选择开通门级电压为Vge=+15V;当关闭IGBT时，为了复合掉漂移区的残留空穴，快速截断IGBT内的电子流，通常给门级加反向电压Vge<0V，以保证有效关断IGBT;由于门极电压不能超过±20V，因此门级驱动电压幅值采用双向电压方式，并采用+15V（VCC）～-15V（VEE）双向电源为驱动电路供电。

2.2 米勒效应

根据电容方程，IGBT驱动电流由输入电容的充电过程获得：

Ig=Cin*dV/dt（公式1）

其中Cin为输入电容，dV/dt为达到开通电压所需要的时间。

IGBT内部的极间电容对IGBT的驱动电流有很大的影响，在设计时不容忽视。图4中Cge和Cgc是IGBT内部寄生电容，也叫极间电容，Cge为栅极和发射极之间的极间电容，Cgc是栅极和集电极之间的极间电容。从IGBT输入输出特性图（图2）可知，在栅极驱动信号从低电平跃升到高电平+15V过程中，当驱动信号电平达到10V时，IGBT就已经稳定打开了;当IGBT栅极加驱动电压开通时，在栅极电压从0V上升到10V的过程中，这些内部存在极间寄生电容也随之产生充放电过程，如图3所示，栅极电流Ig包括I1和I2两个部分，根据电容方程可知：

I1=Cge*dV/dt（公式2）

I2=Cgc*d（Vdc+dV）/dt（公式3）

查IGBT数据手册（图3）可知，Cge=3.10nF，Cgc=0.095nF;Vdc为输入交流AC220V整流后获得的直流电压，其值为Vdc=1.41×220V=310V，IGBT开关导通延时时间内完成电容充电，dt=tdon+tr=0.023us+0.018us=41nS，带入公式2和公式3得到：

I1=Cge×dV/dt=3.10nF×10V/41nS=756mA;

I2=Cgc×d（Vdc+10）/dt=0.095nF×（310V+10V）/41nS=741mA;

而Ig=I1+I2=756mA+741mA=1.497A，计算I2/Ig=741mA/1.497A=49.5%

可见，由于内部寄生电容的充放电过程，使较小的极间电容Cgc分去了接近总栅极电流的50%的电流，这种现象叫米勒现象，是造成IGBT导通延时的主要原因。从公式2可以看出，在计算驱动电流时，输入电容中的C2上应乘以IGBT的增益倍数K，K=（Vdc+dV）/dV。故公式1中Cin=Cge+K*Cgc，根据此式确定栅极驱动电流可以保证栅极有效可靠驱动（见图3）。

2.3 确定门级驱动电流

根据2.3的计算，考虑到驱动电路本身消耗功率，按电流实际输出有效率75%计算，门级驱动电流应达到1.497A/75%=1.996A，因此，驱动输出电流达到2A可满足驱动要求。

3.驱动电路设计

IGBT控制信号是PWM波，通常由主机（或MCU）产生，经驱动电路送IGBT栅极。为了隔离控制信号与功率信号、避免混合电路给控制信号带来干扰而引起IGBT误动作，在PWM波控制信号和驱动电路之间加光耦电路实现信号隔离。

为了实现信号隔离，控制信号与功率信号两侧的辅助供电电源也应做到隔离。如图4所示。

图4中，U1为光耦隔离电路，控制信号PWM波经过光耦电路生成幅值为0V～+5V的隔离PWM信号，C2为滤波电容，R2为输出负载电阻，C1为去耦电容;由Q1、Q2组成驱动放大电路，该电路由VCC（+15V）和VEE（-15V）供电，将隔离后的PWM波放大成幅值为-15V～+5V（下转第170页）（上接第168页）的功率驱动信号，送IGBT栅极。

图5 实验电路

D1是钳位二极管，它通过两个途径对IGBT栅极起保护作用：一方面在IGBT开通和关断过程中，在C-E极之间会产生dVec/dt（图3），dVec/dt会通过米勒电容Cgc耦合到门极，在关断时引起门极误动作，D1可以有效将门极钳位在安全电压范围内;另一方面钳位二极管增加了一个电流支路，可以旁路掉米勒电容Cgc的电流。

滤波电容C3、C5是电源去耦电容，采用容值为100nF的电容，尽可能靠近电源管脚;C5与门级电阻R3构成门级驱动信号滤波电路，其中R3取1～10欧姆。

对于IGBT模块，可采用四路相互隔离的驱动电路实现模块内部H桥的驱动。

4.实验及结果

对上述驱动电路制作电路板，取IGBT模块桥路中的一路搭建实验电路（图4），给IGBT栅极-射极加100khz的PWM波驱动信号，在集电极-射极加直流母线电压，用示波器两路探头分别测量Vge（1）和Vce（2）（图5），测量波形结果见图6所示。

图6 实验结果

IGBT驱动电路为图5所示电路，从示波器波形（图6）可以看出，IGBT打开时，Vce=0电压降低，IGBT关闭时Vce=Vb，开通和关闭逻辑正确，没有额外的开通和关断延时，输出波形良好，可以用于实际应用。

5.总结

IGBT驱动电流在计算中应充分考虑其极间电容，在计算中Cgc应乘以其增益倍数后再计入IGBT输入电容，这样计算出来的驱动电流值不会因米勒电容引起的大比例分流而导致驱动电流不足以及由它引起的开通延时问题，增加合适的滤波和保护措施后可以保证IGBT应用设计任务一次性成功完成。

参考文献

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[2]Keither Billings Taylor Morey，等.开关电源手册（第三版）[M].人民邮电出版社.

[3]赵慧敏，张宪.电力电子技术[M].化学工业出版社.

[4]Industrial IGBT Modules Explanation of Technical Information.pdf

[5]华中理工大学电子学教研室编.电子技术基础 模拟部分（第四版）[M].高等教育出版社.

igbt驱动电路范文第6篇

关键词：IGBT驱动 HCPL-316J 三相逆变电路 分立元器件

Abstract: In order to simplify the driving circuit of the power converter using discrete power devices IGBT and improve the stability and reliability of the IGBT, optical coupler HCPL-316J is employed in the driving circuit of the IGBIT. The structure and principle of the HCPL-316J is analyzed in detail. According to the requirements of the IGBT, an IGBT driving circuit base on optical coupler HCPL-316J for a three phase half bridge topology is designed. This circuit can work well in a wider voltage range with the ability of under voltage protection, over voltage protection, over current protection, etc., which can guarantee the IGBT reliable operation. The experimental results illustrate that this driving circuit has the good ability of driving and protection, and reduce the cost of the power converter.

Key words: IGBT driver, HCPL-316J, Three Phase Inverter Circuit, Discrete Power Devices

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

随着电力电子技术的发展和应用领域的不断拓展，功率电路与功率器件作为这些应用中的关键因素收到了更广泛的重视。绝缘栅双极性晶体管（IGBT）是一种电压控制型功率器件，其导通压降低，具有较大的安全工作区间和短路承受能等特点使它在中功率以上的逆变器成为主流[1]-[5]。在整个电力电子系统中，IGBT等功率器件成本占总成本的60%以上，如何有效的驱动和保护功率器件，降低驱动器成本是非常必要的。在分析了IGBT驱动的基础上，利用HCPL-316J芯片提供的光耦隔离，过流欠压等保护功能设计了基于分立元器件的三相逆变电路，既降低了逆变器成本又能满足IGBT驱动和保护的要求。

1驱动电路

IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压uGS、 负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。 其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响， 而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时， 门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。

一般来说，IGBT驱动主要有以下几个要求[2]-[9]：

(1) 弱电与强电相互隔离。

(2) 选择合适的RG。RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG较小， 会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT 的容量有关，一般在几欧～几十欧， 小容量的IGBT 其RG值较大。

(3) 选择合适的驱动电压。对于正向驱动电压，过大会导致误导通或器件的损坏，过小会使器件因退出饱和区进入线性区而过热损坏。为了防止器件关断时浪涌电流而使IGBT误导通，一般采用－5v的负偏压。

(4) IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。但如带大电感负载，开关频率不宜太大，因为高速的开通关断会产生很大的尖峰电压，会对器件造成损坏。

(5) 驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。

(6) 驱动电路应提供足够的功率，使器件开通后，IGBT不至退出饱和而损坏。

图1为 HCPL-316J 内部结构图[10]。光耦管 LED1组成输入控制电路, VIN+和 VIN-分别为正/负逻辑输入端。当输入负逻辑信号时, VIN+置为高电平, VIN-接输入信号; 反之, 当输入正逻辑信号时, 则 VIN-置为低电平, VIN+接输入信号。输入信号门电路由 LED1 传送到内部驱动电路并转换为 IGBT 的门极驱动信号。 光耦管 LED2 等组成故障信号控制电路, 该驱动器 7 引脚悬空, 8 引脚接地, VCC1 和 GND1 为输入侧电源,VCC2 和 VEE 为输出侧电源,

图1 HCPL-316J 内部结构图

VC 为推挽式输出三极管集电极的电源可直接与 VCC2 相接, 或者串联一只电阻 RC 以限制输出导通电流, VOUT 为门极驱动电压输出端。可以在被驱动的功率器件过流或门极驱动电路自身电源发生故障时,对被驱动的 IGBT进行快速有效地保护。该系列驱动器具有高 dv/dt 容量; 保护功能完善; 故障记忆, 通过 FAULT信号告知控制系统; 上下互锁,避免同一桥臂两只 IGBT同时开通; 栅极电阻外部可调, 使用不同功率的 IGBT时都能工作在较高的开关频率下, 并得到高转换效率。

由 LED2 等组成的故障保护电路, DESAT为过流检测输入端, 通过串联电阻和箝位二极管与 IG-BT集电极相连。正常状态下, 不可能检测到过流故障, FAULT 为低电平, RS 触发器输出端 Q 保持低电平, 确保输入信号通过发光二极管 LED1, 且故障信号输出 FAULT为高电平, 复位端 RESET 对输入通道不起作用。若 DESAT 检测到过流信号( DESAT 端电压超过 7 V) , 则 FAULT 为高电平。该信号经内部逻辑一方面闭锁驱动器输出及LED1 的输入信号, 另一方面使 LED2 导通, RS 触发器输出端 Q 为高电平, 故障输出 FAULT 为低电平, 通知外部微机。当 IGBT发生过流, 驱动器输出电平下降, 使 IGBT 软关断, 以避免突然关断时因产生过压而导致 IGBT 损坏。另外, 由于故障输出端 FAULT 为集电极开路, 可实现多个器件的FAULT并联到微机上。

2HCPL316 芯片功能介绍

HCPL-316J是由Agilent公司生产的一种IGBT门极驱动光耦合器， 其内部集成集电极发射极电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路， 为驱动电路的可靠工作提供了保障。 其特性为：兼容CMOS/TYL电平；光隔离，故障状态反馈； 开关时间最大500ns； “软” IGBT关断；欠饱和检测及欠压锁定保护；过流保护功能；宽工作电压范围(15～30V) ； 用户可配置自动复位、 自动关闭[10]。

3驱动电路设计

HCPL-316的输出功能可以简略的用下面的逻辑功能表来描述。 (详见表1).依据芯片的逻辑功能和逆变电路的原理。设计了带卸放斩波管的逆变桥功率电路（如下图所示）的驱动。

图2 逆变桥功率电路

FAULT,RESET信号采用全局设置，即七路驱动的FAULT, RESET并联在一起使用。每一个IGBT的驱动电路如图3所示。

图3基于HCPL-316J 的IGBT驱动电路

电路中的元件参数依据驱动条件和所驱动的管子所决定。本文所用的功率管为FGA25N120ANTD，耐压1200V， 结温25°C时，耐流50A。 高压侧采用1：100的差分探头，低压采用普通探头，测的驱动实验波形如图4所示：

(a) 一路IGBT驱动的光耦两侧的信号

(b) 一相桥臂IGBT的驱动波形

图4 驱动电路实验波形

4结论

在分析了IGBT驱动的基础上，利用HCPL-316J芯片提供的光耦隔离，过流欠压等保护功能设计了基于分立元器件的三相逆变电路。由实验波形可以看出，该驱动电路能够满足IGBT导通和关断的动态要求，为进一步功率电路的应用打下了基础。

参考文献

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[8] 王云丽，张清扬，杨化鹏．基于光伏系统IGBT 的驱动及保护研究[J]，西北水利发电，2006年第22卷第22期：4-6．

[9] 唐杰，唐雄明，孟志强．一种专为IGBT和MOSFET 设计的新型集成驱动器[J]，国外电子元器件，2003年第11期：53-55．

[10] HCPL-316J 使用手册，．

作者简介：

igbt驱动电路范文第7篇

【关键词】永磁同步电机；驱动；负载试验；ACPL-38JT；IGBT

1.引言

Avago公司的ACPL-38JT是汽车IGBT用栅极驱动光耦器，输出电流2.5A，集成了去饱和(VCE)检测和故障状态反馈，满足汽车电子AEC-Q100 Grade 1标准要求，可驱动IC=150A，VCE=1200V的IGBT，最大开关速度500ns，VCM=1，500V时15kV/μs共模抑制(CMR)能力，IGBT“软关断”，5-30工作电压，工作温度-40℃到+125℃。ACPL-38JT光电耦合器的带滞后欠压锁定(UVLO)保护功能可通过强制降低输出来保护IGBT免受门电压不足的干扰。集成的IGBT门极驱动器专为增加电机驱动的性能和可靠性并且不影响离散设计的成本、尺寸和复杂性而设计。该设备配有小尺寸16引脚(SO-16)表面贴装，符合UL 1577，IEC/EN/DIN EN 60747-5-2和CSA工业安全标准。

ACPL-38JT主要用于绝缘IGBT/MOSFET逆变器栅极驱动，汽车用DC/DC转换器，AC和无刷DC马达驱动以及UPS。

因此，本文针对ACPL-38JT栅极驱动光耦器进行深入研究，设计了应用于英飞凌型号为FS300R12KE3的IGBT驱动电路，并经过了实验验证。

2.逆变器原理框图

图1为基于ACPL-38JT的车用永磁同步电机PMSM驱动系统控制框图。由逆变电路和主控电路组成，逆变电路为电压源逆变器，由膜电容（该膜电容内部集成有吸收电容）、IGBT及其驱动电路组成，由于膜电容集成有吸收电容，因此可以抑制电流纹波和换流过程中产生的母线电压尖峰，IGBT采用英飞凌型号为FS300R12KE3模块，该模块为六合一模块，如图2所示，IGBT的驱动芯片采用ACPL-38JT。主电路由DSP、CPLD、PWM输出驱动电路、选编解码电路、电流电压采样电路、故障保护电路、CAN接口电路组成等组成。

3.基于ACPL-38JT的驱动电路设计

3.1 驱动电路电源设计

ACPL-38JT驱动芯片的引脚定义如图3所示。为保证IGBT的可靠开通和可靠关断，ACPL-38JT的VCC2-VEE之间的电压设计为24V，通过模块电源来实现，IGBT的门驱动电压G-E设计为18V，VEE2-E设计为-6V，其实现通过18V的稳压二极管来实现，电路园路图分别如图4和图5所示。

3.2 滞后欠压锁定电路和输入互锁电路设计

如图6所示，为保证驱动电路的可靠性，在电路中设计有滞后欠压锁定电路，当电源电压低于一定值是输出滞后欠压信号，根据该信号对IGBT进行保护。为保证输入PWM波出现上下管子直通，设计了输入互锁电路，Q44最主要起互锁作用，当两路PWM信号(同一桥臂)都为高电平时，Q44导通，把输入电平拉低，使输出端也为低电平。图6中的互锁信号lock1和lock2分别与另外一个38JT另一桥臂lock2和lock1相连。

3.3 U相下桥臂的驱动电路

根据前面的分析设计了基于ACPL-38JT的六合一的IGBT驱动电路，图7中给出了U相下桥臂的电路原理图，为提高电路的驱动能力，采用推挽电路来实现，输出电压VOUT经过两个快速三极管推挽输出，使驱动电流增大，能够快速驱动1200v、300A的IGBT。同时IGBT的导通和关断电阻可以根据需要进行选择，开通电阻可在5欧和2.5欧之间选择，关断电阻可在5欧、2.5欧和1.6欧之间选择。

4.实验结果

在完成驱动电流的基本测试后，将驱动电路装到IGBT上，带上电机负载进行试验，试验结果如后所述。

4.1 驱动电压波形中开通过程米勒平台考察试验

为了考察母线电压对米勒平台的影响规律，在母线电压分别为100V和400V时静态测试(未转动电机)开通过程的驱动电压波形，分别如图8和图9所示。母线电压升高后，驱动电压开通过程米勒平台开始出现变形。但是从上图对比可以看出，该电压“凹陷”过程并未影响开通时间，而只是在原有应为平台的区段出现变形。

4.2 稳态时母线电压幅值对驱动电压的影响

不同电压下稳态时的A相上管驱动电压Uge如表1所示。因此，稳态情况下，母线电压幅值对驱动电压Uge影响很小。

4.3 稳态时电流大小对驱动电压的影响

在400V母线电压下，测试不同电流下的A相上管和C相下管驱动电压，结果如表2所示。因此，稳态情况下，电流大小对驱动电压Uge影响也很小。并且不同管子的的驱动电压有较大差异。

4.4 电机电流波形

测试的母线电压为300V时，转速为700rpm，当相电流升至360Arms时电流波形如图10所示，图中1通道为驱动电压波形，2通道为电机电路波形，检测电流的过程中，对电流卡钳的量程进行了设计，所以示波器上显示单位为毫伏。

5.结论

本文对ACPL-38JT驱动芯片进行分析，通过对电源电路、滞后欠压锁定电路和输入互锁电路、驱动推挽电路和驱动电阻等电路的设计，最终完成针对英飞凌型号为FS300R12KE3的IGBT驱动电路的设计。经过带电机负载试验，本文所设计的ACPL-38JT驱动电路满足驱动电机负载的需求。

参考文献

[1]/public/art/artinfo/id/80008531.

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[6]ACPL-38JT芯片资料.

igbt驱动电路范文第8篇

【关键词】M57962L;IGBT;驱动;电路

ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers.IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the MOSFET fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.

KEY WORDS：M57962L;IGBT;drive;circuit

引言

IGBT是一种新型功率器件，即绝缘栅极双极集体管（Isolated Gate Bipolar Transistor），是上世纪末出现的一种复合全控型电压驱动式电力电子器件。它将GTR和MOSFET的优点集于一身：输入阻抗高，开关频率高，工作电流大等，在变频器、开关电源、弧焊电源等领域得到广泛地应用[1]。

IGBT具有一个2.5V～5.0V的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷集聚很敏感。故驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗值的放电回路，同时驱动电源的内阻一定要小，即栅极电容充放电速度要快，以保证VGE有较陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量要小。

在IGBT承受短路电流时，如果能及时关断它，则可以对IGBT进行有效保护。识别IGBT是否过流的方法之一，就是检测其管压降VCE的大小。IGBT在开通时，若VCE过高则发生短路，需立即关断IGBT。在过流关断IGBT时，由于IGBT中电流幅度大，若快速关断时，必将产生过高，在IGBT两端产生很高的尖峰电压，极易损坏IGBT，因此就产生了“软慢关断”方法。M57962L驱动电路就是依照上述理论进行设计的。

1.驱动芯片M57962L简介

M57962L是日本三菱公司生产的专用驱动IGBT模块的驱动器，其内部结构方框图如图1所示。它由光藕合器、接口电路、检测电路、定时复位电路以及门关断电路组成。

图1 驱动芯片M57962L内部结构方框图

M57962L主要有以下特点：（1）具有较高的输人输出隔离度（VISO=2500Vrms）;（2）采用双电源供电方式，以确保IGBT可靠通断;（3）内有短路保护电路;（4）输人端为TTL门电平，适于单片机控制[2]。

1.1 引脚排列及主要性能参数

M57962L驱动器的印刷电路及外壳用环氧树脂封装，公有14根引脚，其中②，③，④，⑦，⑨，⑩为空脚，其外型与引脚排列如图2所示。

M57962L的主要参数列于表1中。

1.2 保护工作原理

M57962L内部具有短路保护功能，其保护电路工作流程图如图3所示。检测电路检测到检测输人端①脚为15V高电平时，判定为电路短路，立即启动门关断电路，将输出端⑤脚置低电平，同时输出误差信号使故障输出端⑧脚为低电平，以驱动外接保护电路工作。经1-2ms延时，如果检测出输人端 脚为高电平，则M57962L复位至初始状态。

图2 驱动芯片M57962L引脚图

表1 M57962L的主要参数

图3 M57962L保护工作原理

2.M57962L应用电路

图4 IGBT驱动电路

电源去耦电容C2～C7采用铝电解电容器，容量为100μF/50V，R1阻值取1kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1kΩ，电源采用正负15V电源模块分别接到M57962L的4脚与6脚，逻辑控制信号IN经13脚输入驱动器M57962L。双向稳压管Z1选择为9.1V，Z2为18V，Z3为30V，防止IGBT的栅极、发射极击穿而损坏驱动电路，二极管采用快恢复的FR107管。

3.双极性图腾柱驱动器

使用M57962L，必须选择合适的驱动电阻。为了改善栅极控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，减小集电极电流的上升率，需要在栅极回路中串联电阻RG，若栅极电阻过大，则IGBT的开通与关断能耗均增加;若栅极电阻过小则使过大可能引发IGBT的误导通，同时RG上的能耗也有所增加。所以选择驱动电阻阻值时，要综合考虑这两方面的因素，并防止输出电流IOP超过极限值5A，RG的选取可以依据公式[3]：

对大功率的IGBT模块来说，RGMIN数值一般按下式计算：

这是因为对于大功率的IGBT模块，为了平衡模块内部栅极驱动和防止内部的振荡，模块内部的各个开关器件都会包含有栅极电阻器，数值视模块种类不同而不同，一般在0.75～3Ω之间，而f的数值则依靠栅极驱动电路的寄生电感和驱动器的开关速度来决定，所以获得的最佳办法就是在改变 RG时监测IOP，当IOP达到最大值时，RG达到极限值。

但在使用中应注意，RG不能按前面的公式计算，而要略大于。如果 RG过小会造成IGBT栅极注入电流过大，使IGBT饱和，无法关断，即在驱动脉冲过去的一段时间内IGBT仍然导通。本设计中要驱动IGBT为大电流的功率器件，所以在选择RG时综合上述的要求，选取RG为3.5Ω。

4.结论

IGBT具有开关速度快、栅极驱动电流小、驱动功率大等特点得到广泛应用。针对 IGBT 驱动的实际要求，介绍了IGBT工作特性，并利用M57962L设计出一种适用的IGBT驱动电路。

参考文献

[1]蓝宏，等.大电流高频IGBT用M57962L驱动能力解决方案研究[J].研究与应用，2006，30（2）：35-37.

[2]田颖，陈培红，等.交流逆变器中IGBT的驱动与保护[J].电器开关，2007，6（1）：73-75.

igbt驱动电路范文第9篇

关键词：IGBT； VLA517； 驱动电路； 保护电路

中图分类号：TG434.1 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2013）11-179-001

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种新型复合型器件。它具有高输入阻抗、低导通压降、热稳定性好、驱动电路简单、耐压高等几个方面的优点。IGBT专用高速驱动器VLA517是常用的集成驱动电路，它是EXB841的改进型。

一、VLA517的工作原理剖析

VLA517是IGBT 驱动专用模块，它由放大电路、过流保护、5V基准电压和输出等部分组成。工作电压为+20V，采用高速光耦实现隔离。其结构和工作原理如下。

（一）导通过程

（二）关断过程

（三）过流保护动作

（一）降低过流保护的阈值

在快速恢复二极管后面串接相同规格的二极管，其个数根据保护阈值而定，或者反相串接一个稳压管[2]，以保证在IGBT轻度过流时，就能发现并有效地关断。连接电路如图2所示，。该电路是在快恢复二极管后串联了一个3V的稳压管IN4727，以降低过流保护的阈值。

（二）VLA517内部1号和9号管脚内的稳压二极管易损问题的解决办法

VLA517的管脚1和9间的稳压二极管VZ2的额定功率为0.5W，易于损坏[3]。VZ2损坏以后，1号管脚将悬空。通过设计外部电路，可以避免VZ2的损坏。具体做法是在VLA517的管脚2和9之间串接一个电阻和一个稳压管，利用IN4733向IGBT的E极提供的5V电位。这样，即使VZ1已损坏，VLA517仍然可以正常使用，只需更换VZ1即可。如图2所示，C2和R3构成吸收回路。

图2 改进后的VLA517的驱动电路图

总之，通过降低过流保护阈值，确保了IGBT的安全性；通过外加电路改造了VLA517，使稳压管损坏后便于更换，因而降低了成本，使用更安全、可靠。改进后的电路已经用于配电网单项接地的故障信号源的发生器中。

参考文献：

[1]陈长江IGBT驱动保护电路EXB841的应用研究[J]武汉船舶职业技术学院学报，2004，（4）：22-23

[2]孙先绪，孙朔冬.GBT驱动模块EXB841使用方法的改进[J]煤矿机电，2006，（1）：75-76

igbt驱动电路范文第10篇

【关键词】IGBT;驱动电路;SKHI22AH4R;DSP

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）由于其兼具BJT和MOS管的优点，在工业生产中备受青睐，但是目前IGBT的驱动电路都比较复杂[1]。因此，为了保证IGBT安全稳定的工作，对其进行方便可靠的驱动就成了关键问题[2]。本文针对德国西门康公司SKM100GB12T4型号的IGBT模块为例，以SKHI22AH4R型号的驱动模块为核心，设计一种简单、实用、功能强大的IGBT驱动电路。通过搭建实验平台，验证了该方案的可行性和有效性。

一、IGBT基本特性

IGBT相当于一个以GTR为主导器件，由MOSFET驱动的器件，如图1所示[3]。

图1 IGBT的等效电路、器件符号

1.擎住效应

IGBT作为四层式结构器件，体内存在着寄生晶闸管和短路电阻RS。而且，在短路电阻上的压降，相当于寄生晶闸管的正向偏置电压。当iC超过一定范围值时，就会使寄生晶闸管的栅极失去控制作用，即发生擎住效应。在IGBT关断的动态过程中，如果IGBT发生擎住效应，集电极电流就会增大，从而产生过高的功耗，导致IGBT器件损坏[4]。

2.米勒效应

IGBT的栅-射极和栅-集极间存在结电容CGE和CGC，漏电感LE，IGBT在开关的过程中会产生浪涌电压和浪涌电流，通过结电容加在栅极回路上，从而形成干扰电压。在IGBT关断的动态过程中，为避免IGBT发生米勒效应，解决办法主要有：同一桥臂的开关器件必须留有死区时间，避免因干扰产生直通;IGBT缓冲电路，来吸收尖峰过电压[4]。

3.IGBT开关特性及损耗

IGBT开关器件的损耗由开通损耗PSW（ON）、关断损耗PSW（OFF）和通态导通损耗Psat三部分构成。开关器件的平均总损耗为：

其中tON、tOFF为IGBT开通时间和关断时间;Vce（sat）为IGBT通态饱和压降;fs为开关频率;Vce为整流后的直流电源Ud;

因此，随着开关频率的增大，尤其是在频繁启动的情况下，就会发生擎住效应、米勒效应、开关功耗大等问题，导致IGBT极易损坏。为了保证IGBT安全稳定的工作，设计一种简单有效的IGBT驱动电路是十分必要的[4]。

二、SKHI22AH4R驱动模块介绍

综合考虑以上问题，针对本文选用德国西门康公司SKM100GB12T4型号的IGBT模块，包括两个IGBT器件，根据模块的工作要求，栅极驱动电压应满足+15V/-7V。而且为了避免同桥臂的两个IGBT由于同时导通而损坏，应设置死区时间3.3?s。

SKHI22AH4R型号的驱动模块，其内部结构如图2所示。两路驱动输入输出级（输入1、输入2、输出1和输出2），可以将+15V的两路互补PWM脉冲转换成+15V/-7V的驱动脉冲，用以直接驱动IGBT半桥模块。同时，内部有VCE监控和自动关断电路，可有效的进行短路保护。而且可以通过将P9接地、P5和P6悬空或接5V来设定驱动信号的死区时间。

图2 SKHI22AH4内部结构图

三、IGBT驱动电路设计

IGBT的开通和关断是由栅-射极电压来控制。能否真正的是实现智能化控制，很大程度上由驱动电路来决定。此外，IGBT器件在开关的过程中，由于擎住效应和米勒效应的存在，产生过高损耗导致损坏，因此IGBT的驱动电路设计的合理性和可靠性日益重要。

1.隔离升压电路

由于DSP（TMS320F2812控制芯片）事件管理器输出的PWM驱动控制脉冲的电压为3.3V，而驱动模块的输入信号电压为+15V。隔离升压电路如图3所示。

图3 隔离升压电路

采用6N137来实现3.3V到15V升压，而且能够达到数字信号和模拟信号的隔离效果。

2.电路

根据对IGBT栅极特性的研究，在实际应用的过程中，正的栅-射极驱动电压影响着IGBT的开关功耗;负的栅-射极驱动电压影响着IGBT的抗干扰能力。因此本文通过对电路的设计，来实现对IGBT的驱动控制，正向驱动电压为+15V，负向驱动电压为-7V。

通过对SKHI22AH4驱动模块的计算，得到电路的设计参数：IGBT开关器件开通电阻RON=3Ω，关断电阻ROFF=3Ω，RCE=18kΩ，CCE=0.33nF，具体的电路如图4所示。其工作模式：

1）正常工作

当SKHI22AH4正常工作时，产生满足IGBT模块开通和关断要求的驱动电压。即一组互补的驱动脉冲波，开通电压为+15V，关断电压为-7V，并且带有0.33?s死区时间。

2）发生异常

当SKHI22AH4发生异常时，VCE监控电压超过10V时，会给控制系统提供报警信号，同时锁住驱动脉冲。此时，驱动控制电压恒定在-7V的状态，IGBT关断。

图4 SKHI22AH4驱动模块电路

四、实验结果分析

搭建实验平台，以IGBT在感应加热电源中的应用为例[1]，通过DSP实现对IGBT全桥电路的控制。

1.PWM脉冲的产生

通过DSP实现对IGBT感应加热电源的智能控制[5-7]，事件管理器产生四路PWM脉冲，其电压值为3.3V，频率为20kHz。如图5所示。其中PWM7和PWM9是移相角可调的两路脉冲波，通过调节移相角，进一步实现对IGBT的导通和关断的控制。

图5 移相角可调的PWM脉冲波形

图6 IGBT驱动脉冲信号

其中PWM8和PWM7是互补的，控制IGBT基准臂的工作，而PWM10和PWM9是互补的控制IGBT移相臂的工作。为了避免同桥臂的上下两个IGBT同时开通，损坏开关器件，设定死区时间为3.3?s。

2.IGBT驱动控制脉冲

以PWM7和PWM8为例，通过隔离升压电路，产生两路控制信号，再经过SKM100GB12T4驱动模块，产生满足IGBT开关器件工作需要的=15V/-7V的驱动电压，其中死区时间为3.3?s。IGBT驱动信号如图6所示，导通时间和关断时间均满足设计要求。

五、总结

本文针对IGBT驱动电路复杂的缺点，设计了一种基于SKHI22AH4R驱动模块的IGBT驱动电路，并采用DSP进行驱动控制测试实验，实验结果表明，与传统的驱动电路相比，具有简单实用，响应快，功能完善、等优点，验证了该方案的合理性和正确性。

参考文献

[1]刘畅，黄正兴，.双闭环控制感应加热电源设计与仿真分析[J].电子器件，2012，35（6）：736-740.

[2]孙娟，唐祯安，.数字锁相控制的IGBT感应加热电源[J].电子器件，2011，34（6）：690-694.

[3]顾卫钢.手把手教你学DSP：基于TMS320F281x[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[4]李定宣，丁增敏.现代高频感应加热电源工程设计与应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

[5]李宏.MOSFET、IGBT驱动集成电路及应用[M].北京：科学出版社，2012.

[6]曲学基，曲敬凯，于明扬，等.IGBT及其集成控制器在电力电子装置中的应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[7]齐海润，彭咏龙，李亚斌.串联型逆变器锁相控制技术研究[J].通信电源技术，2010，27（6）：16-18.