571.绝缘栅(IGBT)器件驱动技术研究.doc

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1、摘 要 在电力电子器件中，IGBT的综合性能方面占有明显优势，并广泛地运用在各类电力变换装置中。然而如何有效地驱动并保护IGBT，成为电力电子领域中的重要研究课题之一。本文讨论了IGBT 驱动电路对其静态和动态特性的影响以及对驱动电路与过流保护电路的要求。利用IGBT 的通态饱和压降与集电极电流呈近似线性关系的特性，设计了一个具有完善的过流保护功能的IGBT 驱动电路.经分析和实验表明，该电路具有简单、实用、可靠性高等优点。绝缘栅双极型晶体管IGBT是一种由双极型晶体管与MOSFET组合的器件，它既有MOSFET的栅极电压控制快速开关特性，又具有双极型晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点。但

2、IGBT的门极驱动电路影响其通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路电流能力等参数，决定了IGBT的静态与动态特性。因此，使用IGBT最重要的工作是设计驱动与保护电路。驱动IGBT的电路应根据栅极对驱动信号的要求，具备下列性质：驱动电路应具有较强的动态驱动能力，能为IGBT栅极提供陡峭前后沿的驱动脉冲；能向IGBT提供适当的正向或反向栅压；驱动电路应有足够的输入输出电隔离能力；理想的驱动电路要求输入输出信号传输无延时；驱动电路应具有一些基本的保护和自保护功能。关键词；IGBT; 驱动电路; 过流保护Abstract In power and dectronic elecvices，the com

3、bination property of IGBT has clear superiorty,which is widely used variour electric equipmentHowever，now to drive and protect IGBT efectively has become one of the important tasks in power and electronic fields. The influence of static and dynamic characteristic by IGBT drive circuit and the requir

4、ements for drive-current protection circuit are described. A new circuit of IGBT drive and over-current protection circuit with perfect performance is developed. It based on the principle of collector-emitter saturation voltage-drop approximately proportion to the collector current.Analysis and expe

5、riment results show that the new circuit has the advantages of simple,reliable,great application value and so on.Insulation grid double pole transistor IGBT is one kind by the double pole transistor and the MOSFET combination component, it both has the MOSFET grid bias control split-second-selection

6、 characteristic, and has the double pole transistor big electric current handling ability and the low saturated pressure drop characteristic.But the IGBT gate actuates the electric circuit to affect its condition pressure drops, the switching time, the switch extremely loses, parameters and so on wi

7、thstanding short-circuit current ability, has decided the IGBT static state and the dynamic characteristic.Therefore, uses the IGBT most important work is designs the actuation and the protection circuit.Actuates IGBT the electric circuit to be supposed to act according to the electronic grid to the

8、 driving signal request, has the following nature:Actuates the electric circuit to be supposed to have the strong dynamic driving force, can be the IGBT electronic grid provides steeply around along the actuation pulse;Can provide suitable forward or the reverse grid-voltage to IGBT;Actuates the ele

9、ctric circuit to be supposed to have the enough input output electricity isolation ability;Ideal actuation electric circuit request input output signal transmission does not have the time delay;Actuates the electric circuit to be supposed to have some basic protections and from the protection functi

10、on.Key words：IGBT; Driving Circuit; Over-current protection 目 次摘 要Abstract引 言1一、IGBT的基本结构2二、IGBT的工作原理52.1 IGBT的工作特性5三、IGBT的驱动83.1 驱动电路的分类83.2 驱动电路设计要求83.3 IGBT的驱动电路9四、IGBT驱动保护114.1 保护电路的分类114.2 IGBT的保护措施124.2.1 驱动保护电路的原则124.3 IGBT栅极的保护124.4 IGBT的过电流保护134.4.1 驱动过流保护电路的驱动过流保护原则134.4.2 IGBT过流保护电路设计144.

11、4.3具有过流保护功能的IGBT驱动电路的研究154.5IGBT开关过程中的过电压保护174.6 IGBT的过热保护194.7 IGBT驱动保护设计总结20五、集成驱动模块22结 论28致 谢29参考文献30引 言 绝缘门极双极型晶体管简称IGBT,也被称为绝缘门极晶体管，由于IGBT 内具有寄生晶闸管,所以也可称作为绝缘门极晶闸管。它是20世纪80年代中期发展起来的一种新型复合器件。由于它将MOSFET 和GTR 的优点集于一身,所以它既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低#耐压高的优点，因此发展很快，倍受欢迎，在电机控制、电力传动、大功率开关电源、逆变器

12、等电力电子装置中，IGBT已成为理想的功率器件。然而在其使用过程中，设计者往往只注重主回路及缓冲电路的设计，而忽略了IGBT驱动及过流保护电路的设计，最终可能正是由于驱动和过流保护电路成为影响系统可靠性的主要因素。本文主要对IGBT的驱动和过流保护电路进行了讨论，并提出了一个具有过流保护功能的IGBT驱动电路。 IGBT是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有A级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容（几千至上万pF），在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数A的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出

13、一定的峰值电流。 IGBT作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压，过高的电流变化率会引起过电压，为此需要采用软关断技术，因而掌握好IGBT的驱动和保护特性是十分必要的。 因此，IGBT的驱动和保护电路是电路设计的难点和重点，是整个装置运行的重要环节。故本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路。1、IGBT的基本结构 绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个P型层。根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。 IGBT

14、的结构剖面图如图1-1所示，IGBT在结构上类似于MOSFET，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET的N+基板（漏极）上增加了一个P+基板（IGBT的集电极），形成PN结j1，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。正是由于IGBT是在N沟道MOSFET的N+基板上加一层P+基板，形成了四层结构，由PNPNPN晶体管构成IGBT。但是，NPN晶体管和发射极由于铝电极短路，设计时尽可能使NPN不起作用。所以说，IGBT的基本工作与NPN晶体管无关，可以认为是将N沟道MOSFET作为输入极，PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。图1-2 IGBT的结构剖面图 由图1-1可以看

15、出，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR，其简化等效电路如图1-2所示。图中是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR为主导件、MOSFET为驱动件的复合结构。 若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。 图1-2 N沟道IGBT的简化等效电路和电气图形符号电路图IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：IGBT栅极与发射极之间的电压；IGBT集电极与发射极之间的电压；流过IGBT集电极

16、发射极的电流；IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极发射极之间的耐压，流过IGBT集电极发射极的电流超过集电极发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通，此时，从P+区注到N一区进行电导调制，减少N一区的电阻Rdr值，使高耐压的IGBT也具有低的通态

17、压降。在栅极上加负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即关断。 2、IGBT的工作原理IGBT是一种电压型控制器件，它所需要的驱动电流跟驱动功率都非常小，可直接与模拟或数字功能快相接而不须加任何附加接口电路。IGBT的导通和关断是由栅极电压来控制的，当大于时IGBT导通。当栅极和发射极施加反向或不加信号时，IGBT被关断。 IGBT和普通三极管一样，可工作在线性放大区、饱和区和截止区，起主要作为开关器件应用。在驱动电路主要研究饱和导通和截止两个状态，使其开通上升沿和关断下降沿都比较陡峭。2.1 IGBT的工作特性 1 静态特性 IGBT的伏安特性是以栅射电压

18、UGE为参变量时，集电极电流IC和集射电压UCE之间的关系曲线。IGBT的伏安特性也可分为饱和区、放大区和击穿区三个部分。在正向导通的大部分区域内，IC与UCE呈线性关系，此时IGBT工作于放大区内。对应着伏安特性明显弯曲部分，这时IC与UCE呈非线性关系，此时IGBT工作于饱和区。开关器件IGBT常工作于饱和状态和阻断状态，若IGBT工作于放大状态将会增大IGBT的损耗。 IGBT的转移特性是指集电极电流与栅射电压之间的关系曲线。如图2-1(b)所示，它与MOSFET的转移特性相同，当栅射电压小于开启电压 时，IGBT处于关断状态。当时， 导通IGBT在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，

19、与呈线性关系。图2-1 IGBT的伏安特性和转移特性 （2）动态特性 图2-1是IGBT开关过程的波形图。IGBT在开通过程与电力MOSFET的开通过程很相似。这是因为IGBT在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET来运行的。如图所示，从驱动电压的前沿上升至其幅值的的时刻，倒集电极的电流上升到其幅值的的时刻止，这段时间为开通延时时间，而从上升至90%所需的时间为电流的上升时间。同样，开通时间为开通延时时间与上升时间之和。开通时，极射电压的下降过程由和两段。前者为IGBT中MOSFET单独工作的电压下降过程；后者为MOSFET何PNP晶体管同时工作的电压下降过程。由于下降时IGBT的MOSFE

20、T栅漏电容增加，而且IGBT中的PNP晶体管由放大状态转入饱和状态也需要一个过程，因此，段电压下降过程变缓。只有在段结束时，IGBT才完全进入饱和状态。图2-2 IGBT的开关过程IGBT关断时，从驱动电压的脉冲后沿下降到其幅值的90%的时刻起，到集电极电流下降到90%止，这段时间为关断延时时间；集电极电流从90%下降到10%的这段时间为电流下降时间。二者之和为关断时间。电流下降时间可以分为和两段。其中对应IGBT内部的MOSFET的关断过程。这段时间集电极电流下降较快；对应IGBT内部的PNP的关断过程，这段时间内MOSFET已经关断，IGBT又无反向电压，所以N基区内的少子复合缓慢，造成下

21、降较慢。 (3)擎住效应 IGBT为四层结构，存在一个寄生晶闸管，在NPN晶体管的基极与发射极之间存在一个体区短路电阻，P型体区的横向空穴流过此电阻会产生一定压降，对J3结相当于一个正偏置电压。在规定的集电极电流范围内，这个正偏置电压不会使NPN晶体管导通；当IC大到一定程度时，该偏置电压使NPN晶体管开通，进而使NPN和PNP晶体管处于饱和状态。于是栅极失去控制作用，这就是所谓的擎住效应。3、 IGBT的驱动3.1驱动电路设计要求在设计IGBT驱动时必须注意以下几点。 1)栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响，必须正确选择。当正向驱动电压增大时,IGBT的导通电阻下降，使开通损耗减

22、小；但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流随增大而增大，可能使IGBT出现擎住效应，导致门控失效，从而造成IGBT的损坏；若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域，使IGBT过热损坏；使用中选为好。栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般负偏置电压选为宜。另外，IGBT开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。 2)IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载下IGBT的开关频率不宜过大，因为高速开通和关断时，会产生很高的尖峰电压，极有可能造成IGBT或其他元

23、器件被击穿。 3）选择合适的栅极串联电阻和栅射电容对IGBT的驱动相当重要。较小，栅射极之间的充放电时间常数比较小，会使开通瞬间电流较大，从而损坏IGBT；较大，有利于抑制但会增加IGBT的开关时间和开关损耗。合适的有利于抑制，太大，开通时间延时，太小对抑制效果不明显。 4)当IGBT关断时，栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰，使栅射电压引起器件误导通，为防止这种现象发生，可以在栅射间并接一个电阻。此外，在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管，其稳压值应与正负栅压相同。 3.2 几种常用IGBT的驱动电路（1）阻尼滤波门极驱动电路：为了消

24、除可能的振荡现象，IGBT的栅射极间接上RC网络组成阻尼滤波器且连线采用双绞线。图3-1阻尼滤波电路（2）光耦合器门极驱动电路：驱动电路的输出级采用互补电路的型式以降低驱动源的内阻，同时加速IGBT的关断过程。图3-2 光耦合器电路（3）脉冲变压器直接驱动IGBT的电路：由于是电磁隔离方式，驱动级不需要专门直流电源，简化了电源结构。图3-3 脉冲变压器驱动电路4、IGBT驱动保护4.1 驱动保护电路的原则由于IGBT是电压控制型器件，因此只要控制ICBT的栅极电压就可以使其开通或关断,并且开通时维持比较低的通态压降.研究表明,IGBT的安全工作区和开关特性随驱动电路的改变而变化.因此,为了保证

25、IGBT可靠工作，驱动保护电路至关重要。IGBT驱动保护电路的原则如下：(1)动态驱动能力强，能为栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲；(2)开通时能提供合适的正向栅极电压，关断时可以提供足够的反向关断栅极电压；(3)尽可能少的输入输出延迟时间，以提高工作效率；(4)足够高的输入输出电气隔离特性，使信号电路与栅极驱动电路绝缘；(5)出现短路、过流的情况下，具有灵敏的保护能力。 目前，在实际应用中，普遍使用驱动与保护功能合为一体的IGBT专用的驱动模块。4.2 IGBT栅极的保护 IGBT的栅极发射极驱动电压的保证值为20V，如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压，则可能会损坏IGBT，因此

26、，在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外，若IGBT的栅极与发射极间开路，而在其集电极与发射极之间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在，使得栅极电位升高，集电极发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时，可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开，在不被察觉的情况下给主电路加上电压，则IGBT就可能会损坏。为防止此类情况发生，应在IGBT的栅极与发射极间并接一只几十k的电阻，此电阻应尽量靠近栅极与发射极。如图4-2所示。图4-1栅极保护电路4.3 IGBT的过电流保护IGBT因其饱和压降低和工作频率高等

27、优点而成为大功率开关电源等电力电子装置的首选功率器件，但IGBT和晶闸管一样，其抗过载能力不高。因此，设计IGBT的驱动过流保护电路，使之具有完善的驱动过流保护功能，是必须考虑的问题。4.3.1 驱动过流保护电路的驱动过流保护原则IGBT的技术资料表明，IGBT在10S内最大可承受2倍的额定电流，但是经常承受过电流会使器件过早老化，故IGBT的驱动过流保护电路的设计原则为： 一、当过电流值小于2倍额定电流值时，可采用瞬时封锁栅极电压的方法来实现保护；二、 当过电流值大于2倍额定电流值时，由于瞬时封锁栅极电压会使很大，会在主回路中感应出较高的尖峰电压，故应采用软关断方法使栅极电压在2S5S的时间

28、内降至零电压，至最终为-5伏的反电压；三、 采用适当的栅极驱动电压.基于上述思想，驱动过流保护电路现分为分离元件驱动过流保护电路和模块驱动过流保护电路。4.3.2 IGBT过流保护电路设计 IGBT的过流保护电路可分为2类：一类是低倍数的（1.21.5倍）的过载保护；一类是高倍数（可达810倍）的短路保护。 对于过载保护不必快速响应，可采用集中式保护，即检测输入端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值后比较器翻转，封锁所有IGBT驱动器的输入脉冲，使输出电流降为零。这种过载电流保护，一旦动作后，要通过复位才能恢复正常工作。 IGBT能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与该IGBT的导

29、通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。如饱和压降小于2V的IGBT允许承受的短路时间小于5s，而饱和压降3V的IGBT允许承受的短路时间可达15s，45V时可达30s以上。存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低，IGBT的阻抗也降低，短路电流同时增大，短路时的功耗随着电流的平方加大，造成承受短路的时间迅速减小。 通常采取的保护措施有软关断和降栅压2种。软关断指在过流和短路时，直接关断IGBT。但是，软关断抗骚扰能力差，一旦检测到过流信号就关断，很容易发生误动作。为增加保护电路的抗骚扰能力，可在故障信号与启动保护电路之间加一延时，不过故障电流会在这个延时内急剧上升，大大增加了功率损耗，

30、同时还会导致器件的增大。所以往往是保护电路启动了，器件仍然坏了。 降栅压旨在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通。降栅压后设有固定延时，故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时器件的功耗，延长了器件抗短路的时间，而且能够降低器件关断时的，对器件保护十分有利。若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力。 上述降栅压的方法只考虑了栅压与短路电流大小的关系，而在实际过程中，降栅压的速度也是一个重要因素，它直接决定了故障电流下降的。慢降栅压技术就是通过限制降栅压的速度来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的

31、和的峰值。图4-2给出了实现慢降栅压的具体电路。 图4-2实现慢降栅压的电路 正常工作时，因故障检测二极管的导通，将a点的电压钳位在稳压二极管的击穿电压以下，晶体管始终保持截止状态。通过驱动电阻正常开通和关断。电容为硬开关应用场合提供一很小的延时，使得开通时有一定的时间从高电压降到通态压降，而不使保护电路动作。 当电路发生过流和短路故障时，上的上升，a点电压随之上升，到一定值时，VZ1击穿，VT1开通，b点电压下降，电容C1通过电阻R1充电，电容电压从零开始上升，当电容电压上升到约1.4V时，晶体管VT2开通，栅极电压随电容电压的上升而下降，通过调节C1的数值，可控制电容的充电速度，进而控制的

32、下降速度；当电容电压上升到稳压二极管VZ2的击穿电压时，VZ2击穿，被钳位在一固定的数值上，慢降栅压过程结束，同时驱动电路通过光耦输出过流信号。如果在延时过程中，故障信号消失了，则a点电压降低，恢复截止，C1通过放电，d点电压升高，VT2也恢复截止，上升，电路恢复正常工作状态。4.3.3具有过流保护功能的IGBT驱动电路的研究 根据以上所述IGBT过流保护的要求，设计了一种具有过流保护功能的隔离式IGBT驱动电路，如图4-4（a）、（b）所示。该电路具有以下特点：（1）该电路采用单电源24V(图4-3中（a）供电，能够产生15V 和-5V的驱动电压,保证了IGBT的可靠导通与关断;（2）该电路

33、采用高速光耦以实现控制电路与主电路的隔离；（3）该电路具有IGBT 过电流慢关断保护功能,能够有效地保护IGBT;(4)该电路采用推挽式输出方式,从而降低了驱动电路的输出阻抗，提高了驱动能力。 正常工作时、均处于截止状态。当驱动信号为高电平时高速光耦截止，A 点电位为高电平导通，B 点电位为高电平导通,截止，IGBT的G-E两端电压经、钳位在+15V,IGBT够快速导通。 由、组成的延时电路使保持截止状态, 经约 的信号传输时间后，虽然的端电压按充电规律上升，但由于IGBT已饱和导通，且导通压降很低，通过的钳位作用C点电位为低电平,所以在IGBT正常导通时、总处于截止状态。当驱动信号为低电平时

34、告诉光耦导通，A点点位为低电平，截止；B点电位为低电平截止，导通，IGBT的G-E两端电压经、钳位在-5V,使IGBT快速关断。此时反向关断，阻止主电路高压串入控制回路。在IGBT关断期间上电压通过放电，使C点电平更低，所以在IGBT关断期间、总处于截止状态。 (a) (b)图4-3 IGBT驱动和过流保护电路 当发生过流时IGBT的G-E 两端的电压升高,此时反向关断,于是C点电压随充电电压的上升而增加,当过流现象持续发生左右时，C点电压使稳压管导通,随之导通,经、将IGBT的G-E两端电压降至10V左右。 若C点电压在 之内又恢复到低电平，则为假过流现象，截止，电路恢复到正常工作状态。 若

35、过电流现象发生时间 以上，即出现真过流故障，则C 点电压继续上升,从而使稳压管导通立即导通,D点电位为低电平,导通,由于的放电作用,所以IGBT慢速关断,同时E点电位经由两个与非门组成的RS 锁存器锁定在高电平,高速光耦一直处于导通状态。通过以上分析可知， 此时IGBT的G-E 两端电压将被锁定为-5V,IGBT处于可靠的关断状。过流保护后，只有将故障排除，通过复位开关来重新启动驱动电路。4.4 IGBT开关过程中的过电压保护 关断IGBT时，它的集电极电流下降率较高，极高的下降率将引起集电极过电压，并且由于电路中的杂散电感与负载电感的作用，将在IGBT的c、e两端产生很高的浪涌尖峰电压，加之

36、IGBT的耐过压能力较差，这样就会使IGBT击穿,因此，其过压保护也是十分重要的。降低IGBT集-射极间电压的方法通常有两种：一种是增大栅极电阻，但的增大将减缓IGBT的开关速度，从而增加开关损耗，此方法不太理想；还有一种就是采用缓冲吸收电路。所以过压保护可以从以下几个方面进行： (1)尽可能减少电路中的杂散电感。作为模块设计制造者来说，要优化模块内部结构(如采用分层电路、缩小有效回路面积等)，减少寄生电感；作为使用者来说，要优化主电路结构(采用分层布线、尽量缩短联接线等)，减少杂散电感。另外，在整个线路上多加一些低阻低感的退耦电容，进一步减少线路电感。所有这些，对于直接减少IGBT的关断过电

37、压均有较好的效果。(2) 采用吸收回路。吸收回路的作用是；当IGBT关断时，吸收电感中释放的能量，以降低关断过电压。常用的吸收回路如图4-3所示。对于电路中元件的选用，在实际工作中，电容c选用高频低感圈绕聚乙烯或聚丙烯电容，也可选用陶瓷电容，容量为2 F左右。电容量选得大一些，对浪涌尖峰电压的抑制好一些，但过大会受到放电时间的限制。电阻R选用氧化膜无感电阻，其阻值的确定要满足放电时间明显小于主电路开关周期的要求，可按RT/6C计算，T为主电路的开关周期。二极管V应选用正向过渡电压低、逆向恢复时间短的软特性缓冲二极管。 为了使IGBT关断过电压能得到有效的抑制并减小关断损耗，通常都需要给IGBT

38、主电路设置关断缓冲吸收电路。IGBT的关断缓冲吸收电路分为充放电型和放电阻止型。充放电型有RC吸收和RCD吸收2种。如图4-3(a)、4-3(b)所示。 (a)RC型 (b)RCD型 图 4-5充 放 电 型 IGBT缓 冲 吸 收 电 路 RC吸收电路因电容C的充电电流在电阻R上产生压降，还会造成过冲电压。RCD电路因用二极管旁路了电阻上的充电电流，从而克服了过冲电压。 图4-4是三种放电阻止型吸收电路。放电阻止型缓冲电路中吸收电容的放电电压为电源电压，每次关断前，仅将上次关断电压的过冲部分能量回馈到电源，减小了吸收电路的功耗。因电容电压在IGBT关断时从电源电压开始上升，它的过电压吸收能力

39、不如RCD型充放电型。 （a） LC型 (b)RLCD型 (c)RLCD型(a) 图4-6 三 种 放 电 阻 止 型 吸 收 电 路 从吸收过电压的能力来说，放电阻止型吸收效果稍差，但能量损耗较小。 对缓冲吸收电路的要求是： 1）尽量减小主电路的布线电感； 2）吸收电容应采用低感吸收电容，它的引线应尽量短，最好直接接在IGBT的端子上； 3）吸收二极管应选用快开通和快软恢复二极管，以免产生开通。4.5 IGBT的过热保护 IGBT 的损耗功率主要包括开关损耗和导通损耗，前者随开关频率的增高而增大，占整个损耗的主要部分；后者是IGBT控制的平均电流与电源电压的乘积。由于IGBT是大功率半导体器

40、件，损耗功率使其发热较多(尤其是选择偏大时)，加之IGBT的结温不能超过125，不宜长期工作在较高温度下，因此要采取恰当的散热措施进行过热保护。散热一般是采用散热器(包括普通散热器与热管散热器)，并可进行强迫风冷。散热器的结构设计应满足：式中IGBT的工作结温 损耗功率 结壳热阻 壳散热器热阻 散热器环境热阻 IGBT的最高结温 在实际工作中，我们采用普通散热器与强迫风冷相结合的措施，并在散热器上安装温度开关。当温度达到7580时，通过关闭信号停止对PMW 发送控制信号，从而使驱动器封锁IGBT的开关输出，并予以关断保护。4.6 IGBT驱动保护设计总结 以上篇幅对IGBT 的驱动保护做了详细

41、的分析，得出了设计时应注意的几点事项： IGBT 由于集电极-栅极的寄生电容的密勒效应的影响，能引起意外的电压尖峰损害，所以设计时应让栅极的阻抗足够低，以尽量消除其负面影响； 栅极串联电阻和驱动电路内阻抗对IGBT的开通过程及驱动脉冲的波形都有很大的影响，所以设计时要综合考虑； 应采用慢降栅压技术来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的du/dt 和Uge的峰值，达到短路保护的目的； 在工作电流较大的情况下，为了减小关断过电压，应尽量减小主电路的布线电感，吸收电容应采用低感或无感型； IGBT 与MOSFET 都是电压驱动，都具有一个2.55V 的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBT 对

42、栅极电荷非常敏感故驱动电路必须很可靠，要保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT 的连线要尽量短； 用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压 Uge, 有足够陡的前后沿，使IGBT 的开关损耗尽量小。另外，IGBT 开通后，栅极驱动源应能提供足够的功率，使IGBT 不退出饱和而损坏； 驱动电平也必须综合考虑。 增大时， IGBT 通态压降和开通损耗均下降，但负载短路时的增大， IGBT 能承受短路电流的时间减小，对其安全不利，因此在有短路过程的设备中Uge 应选得小些，一般选1215V；在关断过程中，为尽快抽取PNP 管的存储电荷，须施加一负偏压 , 但它受IGBT 的G

43、 、E 间最大反向耐压限制，一般取 110V； 在大电感负载下， IGBT 的开关时间不能太短，以限制出 形成的尖峰电压，确保IGBT 的安全； 由于IGBT 在电力电子设备中多用于高压场合，故驱动电路与控制电路在电位上应严格隔离；IGBT 的栅极驱动电路应尽可能简单实用，最好自身带有对IGBT 的保护功能，有较强的抗干扰能力。5.IGBT专用集成驱动模块M57962AL介绍IGBT专用驱动模块 M57962 AL适于驱动大功率器件 ,可根据其内部的自保护功能对其应用电路进行安全可靠设计。该模块采用双电源驱动 ,有过流过压检测电路和保证 IGBT可靠通断电路。总之 ,能够安全地驱动开关、变频器中的大功率 IGBT。5.1 M57962AL的内部电路及其特点5.1.1 M57962AL的引脚及特点LM57962AL是厚模单列直插式封装，其引脚图如图5-1所示，是从左至右依次编号。各引脚功能如表1：图5-1 LM57962AL引脚图引脚号引出接线端引脚号引出接线端1接IGBT集电极故障检测输入端6接直线电源负端2接短路保护扛干扰电容8接输出保护光耦负端4接直流电源正端13接输入信号负端5接栅极电阻14接输入信号正端表1注：M57962AL的3、7、9、10脚用于芯片测试，在应用时禁止链接。5.1.2 M57962AL的特点三菱公司的M57962