你對IGBT了解多少？本文在分析了IGBT驅(qū)動條件后，講解了一些常見的IGBT驅(qū)動電路并指出各自優(yōu)缺點。歸于經(jīng)驗總結筆者自行設計了一種簡單、實用的新型IGBT驅(qū)動電路，供大家借鑒學習。經(jīng)過驗證，該電路具有經(jīng)濟、實用、安全、可靠等優(yōu)點，同時，IGBT過電流保護的功能也能很好的體現(xiàn)，是有著光明應用前景的電路之一。

　　1 引言

　　絕緣門極雙極型晶體管(Isolated Gate Bipolar Transistor)簡稱IGBT。也稱絕緣門極晶體管。由于IGBT內(nèi)具有寄生晶閘管，所以也可稱作為絕緣門極晶閘管，它是八十年代中期發(fā)展起來的一種新型復合器件。由于它將MOSFET和GTR的優(yōu)點集于一身，既具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點，又有通態(tài)電壓低耐壓高的優(yōu)點，因此發(fā)展很快，倍受歡迎，在電機驅(qū)動、中頻和開關電源以及要求快速、低損耗的領域，IGBT有取代MOSFET和GTR的趨勢。但在IGBT實際應用中一個要重點考慮的問題是其柵極驅(qū)動電路設計的合理與否，在此我們自行設計了一種簡單而實用的驅(qū)動電路，并取得了很好的效果。

　　2 IGBT的驅(qū)動條件

　　IGBT的驅(qū)動條件與它的靜態(tài)和動態(tài)特性密切相關。柵極的正偏壓+VGE、負偏壓-VGE 和柵極電阻RG 的大小，對IGBT的通態(tài)電壓、開關時間、開關損耗、承受短路能力以及dVCE/dt等參數(shù)都有不同程度的影響。門極驅(qū)動條件與器件特性的關系如表1所示。

　　表1 門極驅(qū)動條件與器件特性的關系

　　1、正偏壓+VGE的影響

　　當VGS增加時，通態(tài)電壓下降，IGBT的開通能量損耗下降，但是VGE 不能隨意增加，因為VGE 增加到一定程度之后對IGBT的負載短路能力及dVCE/dt電流有不利影響。

　　2、負偏壓-VGE的影響

　　負偏壓也是很重要的門極驅(qū)動條件，它直接影響IGBT的可靠運行。雖然-VGE對關斷能耗沒有顯著影響，擔負偏壓的增高會使漏極浪涌電流明顯下降，從而避免過大的漏極浪涌電流使IGBT發(fā)生不可控的擎住現(xiàn)象。

　　3、門極電阻RG的影響

　　門極電阻增加，使IGBT的開通與關斷能耗均增加，門極電阻減小又使di/dt增大，可能引發(fā)IGBT誤導通，同時RG上的能耗也有所增加。所以通常RG一般取十幾歐到幾百歐之間。

　　因此，為了使IGBT能夠安全可靠得到通和關斷，其驅(qū)動電路必須滿足一下條件：

　　由于是容性輸入阻抗，IGBT對門極電荷集聚很敏感，因此要保證有一條低阻抗值得放電回路。

　　門極電路中的正偏壓應為+12—15V，負偏壓-2—-10V。

　　驅(qū)動電路應與整個控制電路在電位上嚴格隔離。

　　門極驅(qū)動電路應盡可能簡單實用，具有對IGBT的自保護功能，并有較強的抗干擾能力。

　　3 常見的IGBT驅(qū)動電路

　　1、采用脈沖變壓器隔離驅(qū)動IGBT

　　電路如圖1所示，這種電路結構簡單，應用了廉價的脈沖變壓器實現(xiàn)IGBT主電路與控制電路的隔離。其性能的好壞取決于脈沖變壓器的制作，應盡量減小脈沖變壓器的漏感抗，并采用高鐵氧體鐵心，最高工作頻率可達40KHz。

　　2、采用光耦合器及CMOS驅(qū)動IGBT

　　電路圖如圖2所示，該電路自身帶過流保護功能，光耦合器將脈沖控制電路與驅(qū)動電路隔離，4011的四個與非門并聯(lián)工作提高了驅(qū)動能力，互補晶體管V1、V2降低驅(qū)動電路阻抗，通過R1、C1與R2、C2獲得不同的正、反向驅(qū)動電壓，以滿足各種IGBT對柵極驅(qū)動電壓的要求。該電路由于受光耦合器傳輸速度的影響，其工作頻率不能太高，同時受4011型CMOS電路最高工作電壓的限制，使+VGE和-VGE的幅值相互牽制，并受到限制。

　　3、用專用混合集成驅(qū)動電路

　　目前，國外很多生產(chǎn)IGBT器件的公司，為了解決IGBT驅(qū)動的可靠性問題，紛紛推出IGBT專用驅(qū)動電路，如美國MOTOROLA公司的MPD系列、日本東芝公司的KT系列、日本富士公司的EXB系列等。這些驅(qū)動電路抗干擾能力強，集成化程度高，速度快，保護功能完善，可實現(xiàn)IGBT的最優(yōu)驅(qū)動，但一般價格比較昂貴，對于普通用戶很難接受。

　　4 新型實用驅(qū)動電路

　　該電路具有以下特點：

　　該電路能夠產(chǎn)生+15V和-5V電壓，保證了IGBT的可靠導通與關斷。

　　該電路采用高速光耦實現(xiàn)了控制電路與主電路的隔離。

　　該電路具有IGBT過電流保護功能，能夠有效的保護IGBT。

　　該電路采用推挽式輸出方式，從而降低了驅(qū)動電路的輸出阻抗。

　　適用于多種型號IGBT的可靠驅(qū)動。

　　電路圖如圖3所示，采用由高速光耦H11L1、NPN和PNP型三極管組成推挽式輸出電路。變壓器副邊輸出交流18V電壓，經(jīng)整流橋變成直流，470uF/50V的電容濾波，作為IGBT驅(qū)動電路的工作電壓。當IGBT的電流小于設定過電流信號的時候，比較器負輸入端電壓小于正輸入端設定的電壓值，此時比較器輸出高電平。當IGBT的電流大于設定過電流信號的時候，比較器負輸入端電壓大于正輸入端設定的電壓值，此時比較器輸出低電平。當比較器輸出信號與控制信號相與后送到高速光耦合器。正常情況下比較器輸出高電平，當控制信號位高電平時，與門輸出高電平使光耦合器導通，晶體管N1基極沒有電流而關斷，此時電流可經(jīng)R3、N2的基射極、R6、Z3、Z4、Z2形成三極管N2的基極電流，N2開通，由于Z2是15V穩(wěn)壓管，輸出電壓嵌位在+15V，驅(qū)動IGBT導通;反之，黨控制脈沖信號為低電平時，與門輸出低電平使光耦合器截止，三極管N1存在極基電流而導通，N1的集電極電壓變低，N2截止，電流經(jīng)R4、Z4、R6、P1、N1形成P1 管的極基電流，P1導通，輸出電壓鉗位在-5V，使IGBT關斷。當IGBT處于過電流狀態(tài)時，比較器輸出低電平，此時無論控制信號位高電平還是低電平，與門始終輸出低電平，由以上可知此時驅(qū)動電路一直輸出-5V 電壓而使IGBT一直處于關斷狀態(tài)，從而對IGBT的過電流進行了有效的保護。

　　5 總結

　　這款新型的IGBT驅(qū)動電路既簡單又實用，經(jīng)長期實踐證明，使用時不用再有后顧之憂，對于諸多優(yōu)勢在文中也有詳細介紹。再有，該電路適用于各種型號的IGBT，為普通IGBT用戶節(jié)省大量資金，更是電源工程師的不二之選。（英飛凌igbt廠家）