6種IGBT中的MOS器件隔離驅(qū)動(dòng)入門

由于不間斷電源的興起，IGBT技術(shù)得以飛速發(fā)展。IGBT的特點(diǎn)是具有電流拖尾效應(yīng)，因此在關(guān)斷的瞬間對(duì)于抗干擾的性能要求非常嚴(yán)格，需要負(fù)壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輔助。當(dāng)MOSFET作用在電路中時(shí)，由于MOSFET速度比較快，因此關(guān)斷過程中不會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，但值得一提的是，在干擾較重的情況下，這一現(xiàn)象是有助于提高可靠性的。本文將針對(duì)IGBT以及MOSFET器件的隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行大致的介紹，幫助大家理解。

MOSFET以及IGBT絕緣柵雙極性大功率管等器件的源極和柵極之間是絕緣的二氧化硅結(jié)構(gòu)，直流電不能通過，因而低頻的表態(tài)驅(qū)動(dòng)功率接近于零。但是柵極和源極之間構(gòu)成了一個(gè)柵極電容Cgs，因而在高頻率的交替開通和需要關(guān)斷時(shí)需要一定的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。小功率MOSFET的Cgs一般在10-100pF之內(nèi)，對(duì)于大功率的絕緣柵功率器件，由于柵極電容Cgs較大。一般在1-100nF之間，因而需要較大的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。更由于漏極到柵極的密勒電容Cdg，柵極驅(qū)動(dòng)功率往往是不可忽視的。

因IGBT具有電流拖尾效應(yīng)，在關(guān)斷時(shí)要求更好的抗干擾性，需要負(fù)壓驅(qū)動(dòng)。MOSFET速度比較快，關(guān)斷時(shí)可以沒有負(fù)壓，但在干擾較重時(shí)，負(fù)壓關(guān)斷對(duì)于提高可靠性有很大好處。

隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)

為可靠驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，目前已有很多成熟電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率器件不需要隔離時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是比較簡(jiǎn)單的，目前也有了許多優(yōu)秀的驅(qū)動(dòng)集成電路。

光電耦合器隔離的驅(qū)動(dòng)器

光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是體積小巧，缺點(diǎn)是反應(yīng)較慢，因而具有較大的延遲時(shí)間(高速型光耦一般也大于300ns);光電耦合器的輸出級(jí)需要隔離的輔助電源供電。

無源變壓器驅(qū)動(dòng)

用脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件有三種方法：無源、有源和自給電源驅(qū)動(dòng)。無源方法就是用變壓器次級(jí)的輸出直流驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，這種方法很簡(jiǎn)單也不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電源。缺點(diǎn)是輸出波型失真較大，因?yàn)榻^緣柵功率器件的柵源電容Cgs一般較大。減小失真的辦法是將初級(jí)的輸入信號(hào)改為具有一定功率的大信號(hào)，相應(yīng)脈沖變壓器也應(yīng)取較大體積，但在大功率下，一般仍不令人滿意。另一缺點(diǎn)是當(dāng)占空比變化較大時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的正負(fù)幅值變化太大，可能導(dǎo)致工作不正常，因此只適用于占空比變化不大的場(chǎng)合。

有源變壓器驅(qū)動(dòng)

有源方法中的變壓器只提供隔離的信號(hào)，在次級(jí)另有整形放大電路來驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件，當(dāng)然驅(qū)動(dòng)波形較好，但是需要另外提供單獨(dú)的輔助電源供給放大器。而輔助電源如果處理不當(dāng)，可能會(huì)引進(jìn)寄生的干擾。

調(diào)制型自給電源的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)器

采用自給電源技術(shù)，只用一個(gè)變壓器，既省卻了輔助電源，又能得到較快的速度，當(dāng)然是不錯(cuò)的方法。目前自給電源的產(chǎn)生有調(diào)制和從分時(shí)兩種方法。

調(diào)制技術(shù)是比較經(jīng)典的方法，即對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高頻(幾個(gè)MHZ以上)調(diào)制，并將調(diào)制信號(hào)加在隔離脈沖變壓器初級(jí)，在次級(jí)通過直接整流得到自給電源，而原PWM調(diào)制信號(hào)則需經(jīng)過解調(diào)取得，顯然，這種方法并不簡(jiǎn)單。調(diào)制式的另一缺點(diǎn)是PWM的解調(diào)要增加信號(hào)的延時(shí)，調(diào)制方式適于傳遞較低頻率的PWM信號(hào)。

分時(shí)型自給電源的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)器

分時(shí)技術(shù)是一種較新的技術(shù)，其原理是，將信號(hào)和能量的傳送采取分別進(jìn)行的方法，即在變壓器輸入PWM信號(hào)的上升和下降沿傳遞信息，在輸入信號(hào)的平頂階段傳遞驅(qū)動(dòng)所需要的能量。由于在PWM信號(hào)的上升和下降沿只傳遞信號(hào)，基本沒有能量傳輸，因而輸出的PWM脈沖的延時(shí)和畸變都很小，能獲得陡峭的驅(qū)動(dòng)輸出脈沖。分時(shí)型自給電源驅(qū)動(dòng)器的不足是用于低頻時(shí)變壓器的體積較大，此外由于自給能量的限制，驅(qū)動(dòng)超過300A/1200V的IGBT比較困難。

可以看到以上這幾種不同的MOS器件的隔離驅(qū)動(dòng)在IGBT應(yīng)用中都有著不俗的表現(xiàn)，并且每種驅(qū)動(dòng)方式都能為設(shè)計(jì)者帶來不同的功能支持。當(dāng)然，本文中的內(nèi)容并不是全部，而只是對(duì)這些驅(qū)動(dòng)的初步介紹，為了讓大家對(duì)這些專業(yè)知識(shí)有初步的了解。