IGBT驅(qū)動芯片IXDN404應(yīng)用及改進(jìn)

2.1 正常開通過程

當(dāng)控制信號為高電平時，快速光耦6N137導(dǎo)通，經(jīng)過一級反相，輸入IXDN404，輸出＋15V脈沖，IGBT正常導(dǎo)通。同時，由于光耦輸出為反相，V4截止，V5導(dǎo)通，C1由電源充電，C1電壓不會超過9V，這是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/IGBT">IGBT正常導(dǎo)通時Vces不高于3V，二極管D2導(dǎo)通，A點(diǎn)電位箝位在8V，加上電阻R10的壓降，C點(diǎn)電位接近9V。Z1截止，V2截止，V1導(dǎo)通，B點(diǎn)電位接近20V；Z2截止，V3截止，D點(diǎn)電位接近B點(diǎn)電位。C1充電時間常數(shù)τ1=R9×C1=2.42μs，C1充電到9V的時間為

t1=τ1ln=1.45μs（1）

2.2 正常關(guān)斷過程

當(dāng)控制信號為低電平，光耦輸出高電平，反相輸出低電平，由于Z3箝位IXDN404輸出脈沖為－5V，IGBT正常關(guān)斷。這時，V4導(dǎo)通，V5截止，C點(diǎn)電位保持在9V；Z1截止，V2截止，V1導(dǎo)通，B點(diǎn)電位接近20V；Z2截止，V3截止，D點(diǎn)電位接近B點(diǎn)電位。

2.3 保護(hù)過程

設(shè)IGBT已經(jīng)導(dǎo)通，各點(diǎn)電位如2.1所說。當(dāng)電路過流時，IGBT因承受大電流而退出電阻區(qū)，Vces上升，二極管D2截止，A點(diǎn)對電容C1的箝位作用消失；C點(diǎn)電位從9V上升，同時Z1反向擊穿，V2導(dǎo)通，V1截止，B點(diǎn)電位由R1和Rc以及IXDN404芯片內(nèi)阻分壓決定，箝位在15V，柵壓降為10V。柵壓的下降可有效地抑制故障電流并增加短路允許時間。降柵壓運(yùn)行時間為

t2=τ1ln=1.09μs（2）

如果在這段時間內(nèi)，電路恢復(fù)正常，D2導(dǎo)通，A點(diǎn)繼續(xù)箝位，V2截止，V1導(dǎo)通，電路恢復(fù)2.1所說狀態(tài)。如果D2仍處于斷態(tài)，也就是故障電流仍然存在，C點(diǎn)電壓繼續(xù)上升，經(jīng)過t2時間上升到13V，Z2反向擊穿，V3導(dǎo)通，電容C2通過電阻R12放電，D點(diǎn)與B點(diǎn)電位同時下降，IGBT柵壓逐漸下降，實(shí)現(xiàn)慢關(guān)斷過程，避免了正常關(guān)斷大電流時所引起的過電壓。慢關(guān)斷過程時間為t3，由C2和R12決定。由IXDN404工作電壓范圍為4.5～25V，τ2=R12×C2=4.84μs，可知

t3=τ2ln=5.83μs（3）

另外，在IGBT開通過程中，如果二極管D2不能及時導(dǎo)通，將造成保護(hù)電路的誤動作，因此D2要選擇快速二極管，也可通過適當(dāng)增加Z1穩(wěn)壓值和增大電阻R9以增大C1充電時間常數(shù)延長保護(hù)電路動作時間。但這與保護(hù)動作的快速性相矛盾，具體應(yīng)用時要根據(jù)實(shí)際電路要求和功率器件的特性作出折中的選擇。

2.4 幾點(diǎn)說明

1）為使驅(qū)動功率達(dá)到最大，本電路將兩路輸入輸出并聯(lián)使用，最大驅(qū)動峰值電流可達(dá)8A，這個峰值電流是由電容Cc瞬間放電產(chǎn)生；

2）光耦6N137輸出為輸入反相，IXDN404為同相輸入輸出，為保證控制邏輯正確，中間需加一級反相器，也可采用帶反相的IXDI404；

3）圖2中可在E點(diǎn)處加入一個光耦，其輸出可作為短路保護(hù)信號送給控制邏輯，以封鎖本路及其它各路的PWM信號，確保主電路安全；

4）IXDN404驅(qū)動電路對脈沖信號非常敏感，實(shí)際操作時要保證連線盡量短，輸出要用雙絞線接IGBT，電路所用元器件也可采用貼片式，既縮小驅(qū)動電路體積，也提高了工作穩(wěn)定度。

圖3為實(shí)測IGBT的門極驅(qū)動信號，其中通道1為輸入控制信號，通道2為輸出驅(qū)動信號。所用IGBT為仙童公司HGTG18N120BND。從圖中可以看出驅(qū)動電路延遲時間僅為100ns。其中圖3（d）為模擬IGBT過流時的保護(hù)波形，首先降柵壓運(yùn)行，然后慢關(guān)斷，最后由于低電壓供電，IXDN404輸出驅(qū)動電壓封鎖在－2V左右。

（a）100kHz時的驅(qū)動波形

（b）100kHz時的上升過程

（c）100kHz時的下降過程

（d）20kHz時保護(hù)波形

圖3 電路實(shí)測驅(qū)動波形

3 結(jié)語

由IXDN404組成的IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路可滿足IGBT驅(qū)動要求，其特點(diǎn)可歸納如下：

——驅(qū)動電源＋20V單路供電，驅(qū)動?xùn)艍海?5V～－5V；

——最大驅(qū)動峰值電流可達(dá)8A，滿足大功率IGBT驅(qū)動要求；

——電路信號延遲時間短，工作頻率可以達(dá)到100kHz或者更高，可適應(yīng)大多數(shù)電路需要；

——可實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)及降柵壓慢關(guān)斷功能；

——電路成本相對較低。

綜上所述，這種驅(qū)動保護(hù)電路是一種低成本、高性能的IGBT驅(qū)動電路。