IGBT的驱动和过流保护电路的研究.doc

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1、IGBT的驱动和过流保护电路的研究摘耍：本文苻先谈论了1G13T的驱动电路的基本耍求和过流保护分析，然后运用IGBT集电极退饱和原理，提供了一个采用分立元件构成的IGBT驱动电路和过流保护电路。仿真和试验结果证实了所设计驱动电路的可行性。一引言尽缘栅双极晶体管（INSulatedGateBipolarTRANSISTOR,IGBT）是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、开关频率高、输进阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，乂包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR的理想开关器件［

2、1］。1GBT冃前被广泛使用的具有自关断能力的器件，广泛应用于各类固态电源中。IGBT的工作状态直接影响整机的性能，所以公道的驱动电路对整机显得很重要，但是假如控制不当，它很轻易损坏，具中一种就是发牛过流而使IGBT损坏，木文丄耍研究了IGBT的驱动和短路保护题Fl,就其工作原理进行分析，设计出具有过流保护功能的驱动电路，并进行了仿真研究。二IGBT的驱动要求和过流保护分析1IGBT的驱动IGBT是电压型控制器件，为了能使IGBT安全可靠地开通和关断，其驱动电路必须满足以下的条件：IGBT的栅电容比VMOSFET人得多，所以要进步其升

3、关速度，就要有合适的门极正反向偏置电压和门极串联电阻。（1）门极电压任何情况下，开通状态的栅极驱动电压都不能超过参数表给岀的限定值（一般为20v）,最佳门极正向偏置电压为15v土10%,这个值足够令IGBT饱和导通；使导通损耗减至最小。固然门极电圧为零就可使IGBT处丁截止状态，但是为了减小关断时间，进步IGBT的耐压、dv/dt耐量和抗干扰能力，-•般在使IGBT处丁•阻断状态时，可在门极与源极之间加一个-515v的反向电压⑵。（2）门极串联电阻RG选择合适的门极串联电阻RG对IGBT的驱动相当重耍，RG对开关损耗的影响见图1[3]

4、。1蘇对开关损耗的影响IGBT的输入阴抗高压达IO?—10二静态时不盂要直流电流，只需要对输入电容进行充丿电的动态电流•其直流增益可达105-10几乎不消耗功率。为了改善控制脉冲的前后沿【度和防止振荡，减少IGBT集电极人的电压尖脉冲，需在栅极串联电阻Rg・当Rg増人时会使IGBT的通断时间延长.能耗增加：而减少又会使由/水增高，可能损坏IGBT,[此应根据IGBT电流容呈和电压额定值及开关频率的不同，选择合适的Rg，•般选Rg值几十欧姆至几百欧姆⑷。具体选择Rg时.要参考器件的使用手册。(3)驱动功率的要求IGBT的开关过程要消耗

5、一定的来自驱动电源的功耗，门极正反向偏置电压之差;Z)ge、工作频率为/，栅极电容为Cge，则电源的最少峰值电流为lGPR/0€驱动电源的平均功率为巧卩=Cge、Uge了(2)2IGBT的过流保护IGBT的过流保护就是当上、下桥臂直通时，电源电压儿乎全加在了开关管两端，此时将产生很大的短路电流，IGBT饱和压降越小，其电流就会越大，从而损坏器件。当器件发生过流时，将短路电流及其关断时的-V运行轨迹限制在IGBT的短路安全工作区[5],用在损坏器件Z前，将IGBT关断来避免开关管的损坏。二IGBT的驱动和过流保护电路分析根据以上的分析，

6、本设计提岀了一个具有过流保护功能的光耦隔离的1GBT驱动电路，如图2。图2中，咼速光耦6N137实现输进输出信号的电气隔离，能够达到很好的电气隔离，适合高频应用场合。驱动主电路采用推挽输出方式,有效地降低了驱动电路的输出阻抗，进步了驱动能力，使Z适合丁人功率IGBT的驱动，过流保护电路运用退集电极饱和原理，图2IGBT驱动和过流保护电路在发生过流时及时的关断IGBT,其中V1,V3,V4构成驱动脉冲放大电路，VI和R5构成一个射极跟随器，该射极跟随器提供了一个快速的电流源，减少了功率管的开通和关断时间。OR>>.137A1N0O盯G-

7、3-e3D211—R12UT4081D利用集电极退饱和原理，DI、R6、R7和V2构成短路信号检测电路，其中D1采用快速恢复二极管，为了防止JLGBT关断时莫集电极上的高电压窜进驱动电路。为了防止静电使功率器件误导通，在栅源Z间并接双向稳压管D3和D4。GR是IGBT的门极串联电阻。正常工作时：当控制电路送来高电平信号时，光耦6N137导通，VI、V2截止，V3导通而V4截止，该驱动电路向IBGT提供+15V的驱动开启电圧，使IGBT开通。当控制电路送来低电平信号吋，光耦6N137截至，VI、V2导通。V4导通HuV3截止，该驱动电路

8、向1BGT提供一5V的电爪，使IGBT封闭。半过流时：当电路出现短路故障时，上、下桥直通此时+15V的电压儿乎全加在IGBT上，产生很大的电流，此时在短路信号检测电路中V2截止，A点的电位取决丁71、R6、R7和CESv