IGBT強驅(qū)動電路的設(shè)計

摘要：根據(jù)脈沖滲碳電源要求，設(shè)計一種具有高可靠性、信號傳輸無延遲、驅(qū)動能力強等特點的IGBT強驅(qū)動電路，詳細(xì)分析了工作原理，并對電路測試中出現(xiàn)的電流尖峰進行了抑制。在此基礎(chǔ)上得出幾個主要影響驅(qū)動電路的因素。實際用于大功率IGBT橋電路驅(qū)動，工作穩(wěn)定可靠。結(jié)果表明，所設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動能力強，可靠性高，且對用變壓器驅(qū)動大功率全橋電路有通用性。
關(guān)鍵詞：變壓器隔離；驅(qū)動電路；IGBT橋；尖峰抑制

在脈沖電源中，驅(qū)動電路的好壞直接關(guān)系到逆變器能否正常工作。好的驅(qū)動電路首先要保證開關(guān)管安全，其次還要使開關(guān)管具有較小的損耗。這兩者之間又是矛盾的。因為由功率開關(guān)元件引起的損耗主要是開關(guān)損耗(開通損耗和關(guān)斷損耗)。開關(guān)損耗與驅(qū)動脈沖信號的上升沿陡度和下降沿陡度有很大關(guān)系。下降沿和上升沿越陡，相應(yīng)的開關(guān)損耗就越小，即電壓和電流重迭的時間越短。但是較陡的上升沿和下降沿又會產(chǎn)生過大沖擊電流和電壓尖峰，威脅開關(guān)管的安全工作。因此要實現(xiàn)電源安全且高效率的工作，就要抑制或吸收這些電流和電壓尖峰。這里給出了一種變壓器驅(qū)動的大功率IGBT模塊電路，它既具有較強的驅(qū)動能力，又能很好地吸收電壓和電流尖峰。

1 驅(qū)動電路的分析及此種驅(qū)動電路存在問題
在中頻脈沖滲碳電源中，能快速進行過流保護是至關(guān)重要的，而驅(qū)動脈沖無延遲地傳輸，對實時過流保護起至關(guān)重要作用；同時為了減少開關(guān)損耗，還要求很陡的驅(qū)動脈沖上升沿和下降沿；一些特殊場合要求緊湊而簡潔、不附加驅(qū)動電源等。綜合考慮以上要求，采用變壓器隔離全橋驅(qū)動電路，其電路如圖1所示。


圖1中兩個橋臂各選用一個N-MOSFET和一個P-MOSFET。兩路PWM控制信號1或2為高電平時，即1為高電平，2為低電平，Q1和Q4關(guān)斷，Q2和Q3導(dǎo)通，Q5開通。此時，Q2，Q3和T1的原邊繞組就形成通路，脈沖電壓加在T1的原邊，相應(yīng)的次邊會得到驅(qū)動脈沖信號。1，2都為低電平時，Q1，Q2會同時導(dǎo)通，T1原邊被短路，則次邊無脈沖輸出。MOSFET具有開通電阻小，響應(yīng)快，能提供很大的瞬時開啟IGBT所需的電流，可以保證驅(qū)動脈沖有較陡的上升沿和下降沿。需要說明的是，此滲碳脈沖電源的輸出脈沖控制芯片采用UC3825，屬于峰值電流控制型芯片，自身具有防偏磁的能力，無需加隔直電容來防止偏磁；相反，當(dāng)加隔直電容時，出現(xiàn)兩路PWM控制信號不能同時關(guān)閉的問題，在去掉此隔直電容后，問題消失。因此，在使用隔直電容防偏磁時，要注意所用芯片的控制模式。