三相逆變器中IGBT的幾種驅(qū)動(dòng)電路的分析

圖7給出了EXB8..Series的典型應(yīng)用電路。

EXB8..Series使用不同的型號，可以達(dá)到驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)400A，電壓高達(dá)1200V的各種型號的IGBT。由于驅(qū)動(dòng)電路的信號延遲時(shí)間分為兩種：標(biāo)準(zhǔn)型（EXB850、EXB851）≤4μs，高速型（EXB840、EXB841）≤1μs，所以標(biāo)準(zhǔn)型的IC適用于頻率高達(dá)10kHz的開關(guān)操作，而高速型的IC適用于頻率高達(dá)40kHz的開關(guān)操作。在應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題：
——IGBT柵采浼驅(qū)動(dòng)電路接線必須小于1m；
——IGBT柵采浼驅(qū)動(dòng)電路接線應(yīng)為雙絞線；
——如想在IGBT集電極產(chǎn)生大的電壓尖脈沖，那么增加IGBT柵極串聯(lián)電阻（Rg）即可；
——應(yīng)用電路中的電容C1和C2取值相同，對于EXB850和EXB840來說，取值為33μF，對于EXB851和EXB841來說，取值為47μF。該電容用來吸收由電源接線阻抗而引起的供電電壓變化。它不是電源濾波器電容。
EXB8..Series的使用特點(diǎn)：
1）EXB8..Series的驅(qū)動(dòng)芯片是通過檢測IGBT在導(dǎo)通過程中的飽和壓降Uce來實(shí)施對IGBT的過電流保護(hù)的。對于IGBT的過電流處理完全由驅(qū)動(dòng)芯片自身完成，對于電機(jī)驅(qū)動(dòng)用的三相逆變器實(shí)現(xiàn)無跳閘控制有較大的幫助。
2）EXB8..Series的驅(qū)動(dòng)芯片對IGBT過電流保護(hù)的處理采用了軟關(guān)斷方式，因此主電路的dv/dt比硬關(guān)斷時(shí)小了許多，這對IGBT的使用較為有利，是值得重視的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
3）EXB8..Series驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)集成了功率放大電路，這在一定程度上提高了驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力。
4）EXB8..Series的驅(qū)動(dòng)芯片最大只能驅(qū)動(dòng)1200V/300A的IGBT，并且它本身并不提倡外加功率放大電路，另外，從圖7中可以看出，該類芯片為單電源供電，IGBT的關(guān)斷負(fù)電壓信號是由芯片內(nèi)部產(chǎn)生的－5V信號，容易受到外部的干擾。因此對于300A以上的IGBT或者IGBT并聯(lián)時(shí)，就需要考慮別的驅(qū)動(dòng)芯片，比如三菱公司的M57962L等。
圖8給出了EXB841驅(qū)動(dòng)IGBT時(shí)，過電流情況下的實(shí)驗(yàn)波形?？梢钥闯觯缜懊娼榻B過的，由于EXB8..Series芯片內(nèi)部具備過流保護(hù)功能，當(dāng)IGBT過流時(shí)，采用了軟關(guān)斷方式關(guān)斷IGBT，所以IGBT中電流是一個(gè)較緩的斜坡下降，這樣一來，IGBT關(guān)斷時(shí)的di/dt明顯減少，這在一定程度上減小了對控制電路的過流保護(hù)性能的要求。

2.3M579..Series（MITSUBISHI公司生產(chǎn)）
M579..Series是日本三菱公司為IGBT驅(qū)動(dòng)提供的一種IC系列，表7給出了這種系列的幾種芯片的基本應(yīng)用特性（其中有＊者為芯片內(nèi)部含有Booster電路）。
在M579..Series中，以M57962L為例做出一般的解釋。隨著逆變器功率的增大和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)信號的抗干擾能力顯得尤為重要，比較有效的辦法就是提高驅(qū)動(dòng)信號關(guān)斷IGBT時(shí)的負(fù)電壓，M57962L的負(fù)電源是外加的（這點(diǎn)和EXB8..Series不同），所以實(shí)現(xiàn)起來比較方便。它的功能框圖和圖6所示的EXB8..Series功能框圖極為類似，在此不再贅述。圖9給出了M57962L在驅(qū)動(dòng)大功率IGBT模塊時(shí)的典型電路圖。在這種電路中，NPN和PNP構(gòu)成的電壓提升電路選用快速晶體管（tf≤200ns），并且要有足夠的電流增益以承載需要的電流。

在使用M57962L驅(qū)動(dòng)大功率IGBT模塊時(shí)，應(yīng)注意以下三個(gè)方面的問題：
1）驅(qū)動(dòng)芯片的最大輸出電流峰值受柵極電阻Rg的最小值限制，例如，對于M57962L來說，Rg的允許值在5Ω左右，這個(gè)值對于大功率的IGBT來說高了一些，且當(dāng)Rg較高時(shí)，會(huì)引起IGBT的開關(guān)上升時(shí)間td(on)、下降時(shí)間td(off)以及開關(guān)損耗的增大，在較高開關(guān)頻率（5kHz以上）應(yīng)用時(shí)，這些附加損耗是不可接受的。
2）即便是這些附加損耗和較慢的開關(guān)時(shí)間可以被接受，驅(qū)動(dòng)電路的功耗也必須考慮，當(dāng)開關(guān)頻率高到一定程度時(shí)（高于14kHz），會(huì)引起驅(qū)動(dòng)芯片過熱。
3）驅(qū)動(dòng)電路緩慢的關(guān)斷會(huì)使大功率IGBT模塊的開關(guān)效率降低，這是因?yàn)榇蠊β蔍GBT模塊的柵極寄生電容相對比較大，而驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗不夠低。還有，驅(qū)動(dòng)電路緩慢的關(guān)斷還會(huì)使大功率IGBT模塊需要較大的吸收電容。
以上這三種限制可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，但通過附加的Booster電路都可以加以克服，如圖9所示。

從圖10（a）可以看出，在IGBT過流信號輸出以后，門極電壓會(huì)以一個(gè)緩慢的斜率下降。圖10（b）及圖10（c）給出了IGBT短路時(shí)的軟關(guān)斷過程（集電極－發(fā)射極之間的電壓uCE和集電極電流iC的軟關(guān)斷波形）。
3結(jié)語
隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，三相逆變器的應(yīng)用變得非常廣泛。近年來，隨著IGBT制造技術(shù)的提高，相繼出現(xiàn)了電壓等級越來越高、額定功率越來越大的單管、兩單元IGBT模塊及六單元IGBT模塊，同時(shí)性能價(jià)格比的提高使得IGBT在三相逆變器的設(shè)計(jì)中占有很大的比重，成為許多設(shè)計(jì)人員首選的功率器件。隨之而來的是IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片也得到了很大的發(fā)展，設(shè)計(jì)人員、生產(chǎn)廠家都給予了高度重視，小型化、多功能集成化成為人們不斷追求的目標(biāo)。相信隨著制造技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)研制出更多更好的IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，并得到廣泛的應(yīng)用。