IGBT驱动电路的设计技巧

IGBT驱动电路简介
IGBT（绝缘栅双极型晶体管）驱动电路是驱动IGBT模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路。IGBT在电力电子领域中已广泛，在实际使用中除IGBT自身外，IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样至关重要。IGBT驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致 IGBT 和驱动器损坏。本词条将着重介绍IGBT驱动电路的设计技巧。

IGBT驱动电路设计时的器件型号选择

1）IGBT承受的正反向峰值电压

考虑到2-2.5倍的安全系数，可选IGBT的电压为1 200 V。

2）IGBT导通时承受的峰值电流。

额定电流按380 V供电电压、额定功率30 kVA容量算。

对于大功率IGBT，选择驱动电路基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv／dt电流等参数有不同程度的影响。门极驱动条件与器件特性的关系见表1。栅极正电压 的变化对IGBT的开通特性、负载短路能力和dVcE／dt电流有较大影响，而门极负偏压则对关断特性的影响比较大。在门极电路的设计中，还要注意开通特性、负载短路能力和由dVcE／dt 电流引起的误触发等问题（见表1）。


表1 IGBT门极驱动条件与器件特性的关系

由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能的好坏将直接影响IGBT能否正常工作。为使IGBT能可靠工作。IGBT对其驱动电路提出了以下要求。

1）向IGBT提供适当的正向栅压。并且在IGBT导通后。栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要有足够的幅度，使IGBT的功率输出级总处于饱和状态。瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区。IGBT导通后的管压降与所加栅源电压有关，在漏源电流一定的情况下，VGE越高，VDS傩就越低，器件的导通损耗就越小，这有利于充分发挥管子的工作能力。但是， VGE并非越高越好，一般不允许超过20 V，原因是一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高，IGBT损坏的可能性就越大。通常，综合考虑取+15 V为宜。

2）能向IGBT提供足够的反向栅压。在IGBT关断期间，由于电路中其他部分的工作，会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信号轻则会使本该截止的IGBT处于微通状态，增加管子的功耗。重则将使调压电路处于短路直通状态。因此，最好给处于截止状态的IGBT加一反向栅压f幅值一般为5～15 V），使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。

3）具有栅极电压限幅电路，保护栅极不被击穿。IGBT栅极极限电压一般为+20 V，驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。

4）由于IGBT多用于高压场合。要求有足够的输人、输出电隔离能力。所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离，一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。

5）IGBT的栅极驱动电路应尽可能的简单、实用。应具有IGBT的完整保护功能，很强的抗干扰能力，且输出阻抗应尽可能的低。

驱动电路的设计

隔离驱动产品大部分是使用光电耦合器来隔离输入的驱动信号和被驱动的绝缘栅，采用厚膜或PCB工艺支撑，部分阻容元件由引脚接入。这种产品主要用于IGBT的驱动，因IGBT具有电流拖尾效应，所以光耦驱动器无一例外都是负压关断。

图1为M57962L内部结构框图，采用光耦实现电气隔离，光耦是快速型的，适合高频开关运行，光耦的原边已串联限流电阻（约185 Ω），可将5 V的电压直接加到输入侧。它采用双电源驱动结构，内部集成有2 500 V高隔离电压的光耦合器和过电流保护电路、过电流保护输出信号端子和与TTL电平相兼容的输入接口，驱动电信号延迟最大为1.5us。

M57962L的结构框图

当单独用M57962L来驱动IGBT时。有三点是应该考虑的。首先。驱动器的最大电流变化率应设置在最小的RG电阻的限制范围内，因为对许多IGBT来讲，使用的RG 偏大时，会增大td（on ）（导通延迟时间）， t d（off） （截止延迟时间），tr（上升时间）和开关损耗，在高频应用（超过5 kHz）时，这种损耗应尽量避免。另外。驱动器本身的损耗也必须考虑。

如果驱动器本身损耗过大，会引起驱动器过热，致使其损坏。最后，当M57962L被用在驱动大容量的IGBT时，它的慢关断将会增大损耗。引起这种现象的原因是通过IGBT的Gres（反向传输电容）流到M57962L栅极的电流不能被驱动器吸收。它的阻抗不是足够低，这种慢关断时间将变得更慢和要求更大的缓冲电容器应用M57962L设计的驱动电路如下图。

IGBT驱动电路

电源去耦电容C2 ～C7采用铝电解电容器，容量为100 uF／50 V，R1阻值取1 kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1 kΩ，电源采用正负l5 V电源模块分别接到M57962L的4脚与6脚，逻辑控制信号IN经l3脚输入驱动器M57962L。双向稳压管Z1选择为9.1 V，Z2为18V，Z3为30 V，防止IGBT的栅极、发射极击穿而损坏驱动电路，二极管采用快恢复的FR107管。

多路输出IGBT驱动电路的设计

附件介绍了大功率IGBT的驱动原理及工作特性，设计了一种高可靠可维护具有四路驱动信号输出的高电压大功率IGBT驱动电路，给出了电路的原理图和关键参数设计原理及相关波形。

多路输出的IGBT驱动电路的设计

驱动电路原理图及工作原理
根据实际需要设计的驱动电路如图４所示，其工作原理为：PWM控制芯片输出的两路反相PWM 信号经元件组成的功率放大电路放大之后，再经脉冲变压器隔离耦合输出4路驱动信号。4路驱动信号根据触发相位分为相位相反的两组。驱动信号1与驱动信号3同相位，驱动信号2与驱动信号４同相位。该电路采用脉冲变压器实现了被控IGBT高电压主回路与控制回路的可靠隔离，IGBT 的GE间的稳压管用于防止干扰产生过高的ＵＧＥ而损坏IGBT的控制极。与MOSFET一样，负偏压可以防止母线过高ｄｕ／ｄｔ造成门极误导通。但只要控制好母线电压瞬态过冲，可不需要IGBT的负偏压。此电路中，脉冲变压器次级接相应电路将驱动波形的负脉冲截去，大大减少了驱动电路的功耗。

关于IGBT驱动电路问答

Q1，请问IGBT的驱动电路一般是自己搭建还是买现成的？？ 现在已经选好了一个IGBT模块，请问如果要自己搭建驱动电路的话，需要哪些原件？？有没有统一的电路图？？


答:大功率IGBT，需要大功率的驱动电路，一般要求能提供（+-）15V以上，电流1A以上，前后沿陡的控制信号，达不到要求，会发热或烧毁。要根据你的功率和频率设计驱动电路。

Q2，请问具体的电路图应该是怎么样的？？有一般可以套用的形式么？
答:频率多少？电压多高？功率多大？电流几何？IGBT型号？
自己搭，可参照OCL电路，半桥推动，可用SP2110.(约10元）PWM，可有驱动模块（IGBT厂家有推荐）

Q3，用的是西门康的igbt模块SKM400GA123D 就是电流400A Vce 1200V的 然后频率能到百Khz就行了~~~
答:这么大的模块，如此高的频率，可能还是厂家推荐的好。自己做，有些难度。

Q4，你好 是不是指那些现成的IGBT驱动板？？
答:是的，可能有点贵。