igbt驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1、一種一種IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)IGBT的概念是20世紀(jì)80年代初期提出的。IGBT具有復(fù)雜的集成結(jié)構(gòu)，它的工作頻率可以遠(yuǎn)高于雙極晶體管。IGBT已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體器件的主流。在10～100kHz的中高壓大電流的范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。IGBT進(jìn)一步簡(jiǎn)化了功率器件的驅(qū)動(dòng)電路和減小驅(qū)動(dòng)功率。1IGBT的工作特性。IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來(lái)控制的。當(dāng)柵極施以正電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而

2、使IGBT導(dǎo)通。此時(shí)從N區(qū)注入到N區(qū)的空穴（少子）對(duì)N區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減?、魠^(qū)的電阻Rdr，使阻斷電壓高的IGBT也具有低的通態(tài)壓降。當(dāng)柵極上施以負(fù)電壓時(shí)。MOSFET內(nèi)的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即被關(guān)斷。在IGBT導(dǎo)通之后。若將柵極電壓突然降至零，則溝道消失，通過(guò)溝道的電子電流為零，使集電極電流有所下降，但由于N區(qū)中注入了大量的電子和空穴對(duì)，因而集電極電流不會(huì)馬上為零，而出現(xiàn)一個(gè)拖尾時(shí)間。2驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)2.1

3、IGBT器件型號(hào)選擇1）IGBT承受的正反向峰值電壓考慮到22.5倍的安全系數(shù)，可選IGBT的電壓為1200V。2）IGBT導(dǎo)通時(shí)承受的峰值電流。額定電流按380V供電電壓、額定功率30kVA容量算。選用的IGBT型號(hào)為SEMIKRON公司的SKM400GA128D。2.2IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求對(duì)于大功率IGBT，選擇驅(qū)動(dòng)電路基于以下的參數(shù)要求：器件關(guān)斷偏置、門極電荷、耐固性和電源情況等。門極電路的正偏壓VGE負(fù)偏壓VGE和門極電阻

4、RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)壓降、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、承受短路能力以及dv／dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。門極驅(qū)動(dòng)條件與器件特性的關(guān)系見表1。柵極正電壓的變化對(duì)IGBT的開通特性、負(fù)載短路能力和dVcE／dt電流有較大影響，而門極負(fù)偏壓則對(duì)關(guān)斷特性的影響比較大。在門極電路的設(shè)計(jì)中，還要注意開通特性、負(fù)載短路能力和由dVcE／dt電流引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題（見表1）。表1IGBT門極驅(qū)動(dòng)條件與器件特性的關(guān)系由于IGBT的開關(guān)特性和安全工作區(qū)

5、隨著柵極驅(qū)動(dòng)電路的變化而變化，因而驅(qū)動(dòng)電路性能的好壞將直接影響IGBT能否正常工作。為使IGBT能可靠工作。IGBT對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路提出了以下要求。當(dāng)單獨(dú)用M57962L來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT時(shí)。有三點(diǎn)是應(yīng)該考慮的。首先。驅(qū)動(dòng)器的最大電流變化率應(yīng)設(shè)置在最小的RG電阻的限制范圍內(nèi)，因?yàn)閷?duì)許多IGBT來(lái)講，使用的RG偏大時(shí)，會(huì)增大td（on）（導(dǎo)通延遲時(shí)間），td（off）（截止延遲時(shí)間），tr（上升時(shí)間）和開關(guān)損耗，在高頻應(yīng)用（超過(guò)5kHz）時(shí)，這種

6、損耗應(yīng)盡量避免。另外。驅(qū)動(dòng)器本身的損耗也必須考慮。如果驅(qū)動(dòng)器本身?yè)p耗過(guò)大，會(huì)引起驅(qū)動(dòng)器過(guò)熱，致使其損壞。最后，當(dāng)M57962L被用在驅(qū)動(dòng)大容量的IGBT時(shí)，它的慢關(guān)斷將會(huì)增大損耗。引起這種現(xiàn)象的原因是通過(guò)IGBT的Gres（反向傳輸電容）流到M57962L柵極的電流不能被驅(qū)動(dòng)器吸收。它的阻抗不是足夠低，這種慢關(guān)斷時(shí)間將變得更慢和要求更大的緩沖電容器應(yīng)用M57962L設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路見圖2。圖2IGBT驅(qū)動(dòng)電路電源去耦電容C2～C7采用鋁電

7、解電容器，容量為100uF／50V，R1阻值取1kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1kΩ，電源采用正負(fù)l5V電源模塊分別接到M57962L的4腳與6腳，邏輯控制信號(hào)IN經(jīng)l3腳輸入驅(qū)動(dòng)器M57962L。雙向穩(wěn)壓管Z1選擇為9.1V，Z2為18V，Z3為30V，防止IGBT的柵極、發(fā)射極擊穿而損壞驅(qū)動(dòng)電路，二極管采用快恢復(fù)的FR107管。2.4柵極驅(qū)動(dòng)電阻的選擇使用M57962L，必須選擇合適的驅(qū)動(dòng)電阻。為了改善柵極控制脈沖的前后沿陡

8、度和防止振蕩，減小集電極電流的上升率（didt），需要在柵極回路中串聯(lián)電阻RG，若柵極電阻過(guò)大，則IGBT的開通與關(guān)斷能耗均增加；若柵極電阻過(guò)小則使dic／dt過(guò)大可能引發(fā)IGBT的誤導(dǎo)通，同時(shí)R。上的能耗也有所增加。所以選擇驅(qū)動(dòng)電阻阻值時(shí)，要綜合考慮這兩方面的因素，并防止輸出電流，IOP超過(guò)極限值5A.RG的選取可以依據(jù)公式：對(duì)大功率的IGBT模塊來(lái)說(shuō)，RGMIN數(shù)值一般按下式計(jì)算：這是因?yàn)閷?duì)于大功率的IGBT模塊，為了平衡模塊內(nèi)部柵

9、極驅(qū)動(dòng)和防止內(nèi)部的振蕩，模塊內(nèi)部的各個(gè)開關(guān)器件都會(huì)包含有柵極電阻器RG（INT），RG（INT）數(shù)值視模塊種類不同而不同，一般在0.75—3Ω之間，而f的數(shù)值則依靠柵極驅(qū)動(dòng)電路的寄生電感和驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)速度來(lái)決定，所以獲得RGMIN的最佳辦法就是在改變RG時(shí)監(jiān)測(cè)IOP，當(dāng)IOP達(dá)到最大值時(shí)，RG達(dá)到極限值RGMIN。但在使用中應(yīng)注意，RG不能按前面的公式計(jì)算，而要略大于RGMIN。如RG過(guò)小會(huì)造成IGBT柵極注入電流過(guò)大，使IGBT飽和，