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1、IGBT驱动电路性能分析86《电力电子技术》1998年第3期 1998.8IGBT驱动电路性能分析AnalysisonthePerformanceofIGBTDrivingCircuit山东工业大学 尹 海 李思海 张光东 (济南 250061)摘要:阐述了对IGBT驱动器的基本要求,介绍了IGBT时应注意的问题。Abstract:Thepaperdescribestheandformsandcharacteristics.pointedout.: Kcircuit1 引 言近年来,新型功率开关器件IGBT已逐渐被人们所认识。与以前的各种电力电子器件相比,IGBT目
2、前在综合性能方面占有明显的优势,并正越来越多地应用到工作频率为几十千赫、输出功率为几千瓦到几十千瓦的各类电力变换装置中。然而,在IGBT的使用过程中,发现了不少影响IGBT推广使用的问题,其中之一就是IGBT驱动电路的合理选择和正确设计问题。高的电流尖峰,这既对主回路安全不利,也容易在控制电路中造成干扰。(2)能向IGBT提供适当的正向栅压。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,uGS越高,uDS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,uGS并非越高越好,一般不允许超过20V,原因是一旦发生过流或短路,栅压越高
3、,则电流幅值越高,IGBT损坏的可能性就越大。通常,综合考虑取+15V为宜。(3)能向IGBT提供足够的反向栅压。在IGBT关断期间,由于电路中其它部分的工作,2 IGBT驱动器的基本要求一个理想的IGBT驱动器应具有以下基本性能:(1)动态驱动能力强,能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。当IGBT在硬开关方式下工作时,会在开通及关断过程中产生较大的开关损耗。这个过程越长,开关损耗越大。器件工作频率较高时,开关损耗甚至会大大超过IGBT通态损耗,造成管芯温升较高。这种情况会大大限制IGBT的开关频率和输出能力,同时对IGBT的安全工作构成很大威胁。IGBT
4、的开关速度与其栅极控制信号的变化速度密切相关。IGBT的栅源特性呈非线性电容性质,因此,驱动器须具有足够的瞬时电流吞吐能力,才能使IGBT栅源电压建立或消失得足够快,从而使开关损耗降至较低的水平。另一方面,驱动器内阻也不能过小,以免驱动回路的杂散电感与栅极电容形成欠阻尼振荡。同时,过短的开关时间也会造成主回路过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,重则将使逆变电路处于短路直通状态。因此,最好给应处于截止状态的IGBT加一反向栅压(幅值一般为5～15V),使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。(4)有
5、足够的输入输出电隔离能力。在许多设备中,IGBT与工频电网有直接电联系,而控制电路一般不希望如此。另外许多电路(如桥式逆变器)中的IGBT的工作电位差别很大,也不允许控制电路与其直接耦合。因此,驱动器具有电隔离能力可以保证设备的正常工作,同时有利于维修调试人员的人身安全。但是,这种电隔离不应影响驱动信号的正常传输。(5)具有栅压限幅电路,保护栅极不被击穿。IGBT栅极极限电压一般为±20V,驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。?1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserve
6、d.http://www.cnki.netIGBT驱动电路性能分析87(6)输入输出信号传输无延时。这一方面能够减少系统响应滞后,另一方面能提高保护的快速性。(7)电路简单,成本低。(8)IGBT损坏时,驱动电路中的其它元件不会随之损坏。IGBT烧毁时,集电极上的高电由于,故IGBT:(9)当IGBT处于负载短路或过流状态时,能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流,实现IGBT的软关断。其目的是避免快速关断故障电流造成过高的di/dt。在杂散电感的作用下,过高的di/dt会产生过高的电压尖峰,使IGBT承受不住而损坏。同理,驱动电路的软关断过程不应随
7、输入信号的消失而受到影响,即应具有定时逻辑栅压控制的功能。当出现过流时,无论此时有无输入信号,都应无条件地实现软关断。在各种设备中,二极管的反向恢复、电磁性负载的分布电容及关断吸收电路等都会在IGBT开通时造成尖峰电流。驱动器应具备抑制这一瞬时过流的能力,在尖峰电流过后,应能恢复正常栅压,保证电路的正常工作。(10)在出现短路、过流的情况下,能迅速发出过流保护信号,供控制电路进行处理。当控制信号消失后,V4导通,此时IGBT即得到一个-5V的栅源电压并截止。IGBT在导通期间过流时,会脱离饱和状态,此时,uDS升高。驱动器内的保护电路通过V6检测到这一状态μs,
