解讀各種IGBT驅(qū)動(dòng)電路和IGBT保護(hù)方法

驅(qū)動(dòng)電路的作用是將單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)IGBT.保證IGBT的可靠工作，驅(qū)動(dòng)電路起著至關(guān)重要的作用，對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路的基本要求如下：

(1) 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使IGBT可靠的開(kāi)通和關(guān)斷。

(2) 提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使IGBT能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通。

(3) 盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率。

(4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。

(5) 具有靈敏的過(guò)流保護(hù)能力。

第一種驅(qū)動(dòng)電路EXB841/840

EXB841工作原理如圖1,當(dāng)EXB841的14腳和15腳有10mA的電流流過(guò)1us以后IGBT正常開(kāi)通，VCE下降至3V左右，6腳電壓被鉗制在8V左右，由 于VS1穩(wěn)壓值是13V,所以不會(huì)被擊穿，V3不導(dǎo)通，E點(diǎn)的電位約為20V,二極管VD,截止，不影響V4和V5正常工作。

當(dāng)14腳和15腳無(wú)電流流過(guò)，則V1和V2導(dǎo)通，V2的導(dǎo)通使V4截止、V5導(dǎo)通，IGBT柵極電荷通過(guò)V5迅速放電，引腳3電位下降至0V,是IGBT柵一 射間承受5V左右的負(fù)偏壓，IGBT可靠關(guān)斷，同時(shí)VCE的迅速上升使引腳6“懸空”.C2的放電使得B點(diǎn)電位為0V,則V S1仍然不導(dǎo)通，后續(xù)電 路不動(dòng)作，IGBT正常關(guān)斷。

如有過(guò)流發(fā)生，IGBT的V CE過(guò)大使得VD2截止，使得VS1擊穿，V3導(dǎo)通，C4通過(guò)R7放電，D點(diǎn)電位下降，從而使IGBT的柵一射間的電壓UGE降低 ,完成慢關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的保護(hù)。由EXB841實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的過(guò)程可知，EXB841判定過(guò)電流的主要依據(jù)是6腳的電壓，6腳的電壓不僅與VCE 有關(guān)，還和二極管VD2的導(dǎo)通電壓Vd有關(guān)。

典型接線方法如圖2,使用時(shí)注意如下幾點(diǎn)：

a、 IGBT柵-射極驅(qū)動(dòng)回路往返接線不能太長(zhǎng)(一般應(yīng)該小于1m)，并且應(yīng)該采用雙絞線接法，防止干擾。

b、 由于IGBT集電極產(chǎn)生較大的電壓尖脈沖，增加IGBT柵極串聯(lián)電阻RG有利于其安全工作。但是柵極電阻RG不能太大也不能太小，如果 RG增大，則開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng)，使得開(kāi)通能耗增加;相反，如果RG太小，則使得di/dt增加，容易產(chǎn)生誤導(dǎo)通。

c、 圖中電容C用來(lái)吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化，并不是電源的供電濾波電容，一般取值為47 F.

d、 6腳過(guò)電流保護(hù)取樣信號(hào)連接端，通過(guò)快恢復(fù)二極管接IGBT集電極。

e、 14、15接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，一般14腳接脈沖形成部分的地，15腳接輸入信號(hào)的正端，15端的輸入電流一般應(yīng)該小于20mA,故在15腳前加限流 電阻。

f、 為了保證可靠的關(guān)斷與導(dǎo)通，在柵射極加穩(wěn)壓二極管。

第二種 M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動(dòng)電路

M57959L/M57962L厚膜驅(qū)動(dòng)電路采用雙電源(+15V,-10V)供電，輸出負(fù)偏壓為-10V,輸入輸出電平與TTL電平兼容，配有短路/過(guò)載保護(hù)和 封閉性短路保護(hù)功能，同時(shí)具有延時(shí)保護(hù)特性。其分別適合于驅(qū)動(dòng)1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驅(qū)動(dòng)中小功率的IGBT時(shí)，驅(qū)動(dòng)效果和各項(xiàng)性能表現(xiàn)優(yōu)良，但當(dāng)其工作在高頻下時(shí)，其脈沖前后沿變的較差，即信 號(hào)的最大傳輸寬度受到限制。且厚膜內(nèi)部采用印刷電路板設(shè)計(jì)，散熱不是很好，容易因過(guò)熱造成內(nèi)部器件的燒毀。

日本三菱公司的M57959L集成IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片它可以作為600V/200A或者1200V/100A的IGBT驅(qū)動(dòng)。其最高頻率也達(dá)40KHz,采用雙電源 供電(+15V和-15V)輸出電流峰值為±2A,M57959L有以下特點(diǎn)：

(1) 采用光耦實(shí)現(xiàn)電器隔離，光耦是快速型的，適合20KHz左右的高頻開(kāi)關(guān)運(yùn)行，光耦的原邊已串聯(lián)限流電阻，可將5V電壓直接加到輸入 側(cè)。

(2) 如果采用雙電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)，輸出負(fù)柵壓比較高，電源電壓的極限值為+18V/-15V,一般取+15V/-10V.

(3) 信號(hào)傳輸延遲時(shí)間短，低電平-高電平的傳輸延時(shí)以及高電平-低電平的傳輸延時(shí)時(shí)間都在1.5μs以下。

(4) 具有過(guò)流保護(hù)功能。M57962L通過(guò)檢測(cè)IGBT的飽和壓降來(lái)判斷IGBT是否過(guò)流，一旦過(guò)流，M57962L就會(huì)將對(duì)IGBT實(shí)施軟關(guān)斷，并輸出過(guò) 流故障信號(hào)。

(5) M57959的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，這一電路的驅(qū)動(dòng)部分與EXB系列相仿，但是過(guò)流保護(hù)方面有所不同。過(guò)流檢測(cè)仍采用電壓采樣，電路特 點(diǎn)是采用柵壓緩降，實(shí)現(xiàn)IGBT軟關(guān)斷，

避免了關(guān)斷中過(guò)電壓和大電流沖擊;另外，在關(guān)斷過(guò)程中，輸入控制信號(hào)的狀態(tài)失去作用，既保護(hù)關(guān) 斷是在封閉狀態(tài)中完成的。當(dāng)保護(hù)開(kāi)始時(shí)，立即送出故障信號(hào)，目的是切斷控制信號(hào)，包括電路中其它有源器件。

第三種 2SD315A集成驅(qū)動(dòng)模塊

集成驅(qū)動(dòng)模塊采用+15V單電源供電，內(nèi)部集成有過(guò)流保護(hù)電路，其最大的特點(diǎn)是具有安全性、智能性與易用性。2SD315A能輸出很大的峰 值電流(最大瞬時(shí)輸出電流可達(dá)±15A)，具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和很高的隔離電壓能力(4000V)。2SD315A具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出通道，適合于驅(qū) 動(dòng)等級(jí)為1200V/1700V極其以上的兩個(gè)單管或一個(gè)半橋式的雙單元大功率IGBT模塊。其中在作為半橋驅(qū)動(dòng)器使用的時(shí)候，可以很方便地 設(shè)置死區(qū)時(shí)間。