一种新型IGBT缓冲电路的设计

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缓冲电路设计及仿真

1 缓冲电路作用缓冲电路一般并联在开关器件两端，重要有克制过电压、减少器件损耗、消除电磁干扰的作用。

1) 克制过电压逆变器高频工作时，开关器件快速开通、关断。

由于主电路存在杂散电感，器件在开关过程中，急剧变化的主电路电流会在杂散电感上感应出很高的电压，使器件在关断时承受很高的关断电压。

在器件关断时，主电路杂散电感上会产生与直流电压同向的感应电压pdiL dt，若无缓冲电路，则该电压会加在器件两端形成过电压，当该电压超过器件额定电压时，器件损坏。

此外，反并联二极管在反向恢复时产生的di/dt 也会导致较高的过电压。

2) 减少器件损耗已知器件的功耗由下式决定：01TP uidt T=⎰ (1.1)在电路中增长缓冲电路，可以改变器件的电压、电流波形，进而减少损耗。

从下图可知，在没有缓冲电路时，电压快速升至最大值，而此时电流仍然是最大值，此时的损耗最大。

加入缓冲电路后，避免了电压、电流出现同时最大值的情况，损耗得以减少。

U DS无缓冲电路U DS I DI D有缓冲电路3) 消除电磁干扰电路运营时，在没有缓冲电路的情况下，器件两端电压会发生高频振荡，产生电磁干扰。

采用缓冲电路，可克制器件两端电压的高频振荡，起到减小电磁干扰的作用。

因此，减少或消除器件电压、电流尖峰，限制dI/dt 或dV/dt ，减少开关过程中的振荡以及损耗，我们在逆变器中设计缓冲电路，以保证器件安全可靠工作。

2 杂散电感的测量与计算设计缓冲回路之前，一方面需要拟定杂散参数的量。

杂散电感是特定电路布局的结果，不容易计算出来，我们一般采用测量的方法来拟定杂散电感的大小。

在没有任何缓冲回路时，用示波器观测器件关断时的振荡周期T1；接着，在开关管两端并联一个值拟定的电容，即测试电容test C ，重新测量器件关断时的振荡周期T2。

则杂散电感可由下式得出：2221p 2()L 4testT T C π-=(2.1)杂散电容为：21(2)p p i C L f π=(2.2)其中i f 为无缓冲电路时的振荡频率。

IGBT缓冲电路研究

该电阻在放电过程中所消耗的能量即
为电容。电（常是输入电压的２充通倍）的能量。电容在放电前所储存的能
量为＿＿（Ｖ），以在一个周期内Ｒ１２。所。
（）ａ（）ｂ（）ｃ（）ｄ
的平均损耗为：
坌ｓｊｎｈＦｘｙｅｅｕｉ
ＩＢＧＴ缓冲电路研究
国芳张丽
（．苏建筑职业技术学院，苏徐州２１１；．京交通大学海滨学院，北沧州０１０）１江江２１６２北河６１０摘要：举了目前常用的ＩＢ列ＧＴ缓冲电路，出了各自适用的场合，给对缓冲电路进行了分析和设计，指出ＲＤ缓冲电路具有通用并Ｃ性。ＰｐｃＳｉｅ软件仿真结果和硬件实验验证了理论分析的有效性。
１１两电平拓扑结构的缓冲电路．
和下降电流的重叠，从而降低了ＩＢＧＴ的关断损耗。
ｖＴ开通时，两端电压下降，ｃ通过回路② 向ｖ电，Ｔ放有定电流的大小选取不同的形式。形式（）ａ结构简单，应用于主电助于达到擎住电流值，ｖＴ快速开通。由于电流上升的速率使１路电流为１～１０Ａ的小功率场合；Ｏ０形式（）（）ｂｃ应用于主电路增加，开通时间缩短，同样可以减小电压和电流的重叠，减小开电流为１００５￣３０Ａ的中小功率场合；形式（）ｅ应用于主电通损耗。ｄ（）

IGBT的RCD缓冲补偿设计

IGBT功率管RCD缓冲补偿设计摘要：RCD组合在反激拓扑中最为常见，是用来吸收漏感的尖峰能量，以限制功率管D(C)极的反压不致过高。

当然在单端正激拓扑中也有采用，如RCD复位等，但其工作机理及作用与反激中的RCD即类似又有所不相同。

而本文讨论的RCD组合，是用于双管正激拓扑中的，用来限制关断时的du/dt，从而降低IGBT的关断损耗与发热，以提高IGBT功率管的工作可靠性，并明显降低了整机的EMI。

关键词：IGBT关断损耗可靠性限制du/dt 效率兼顾在大功率双管正激拓扑中，为了抑制变压器漏感储能与励磁复位时的高速du/dt尖峰能量对开关管的冲击，降低IGBT功率开关管关断拖尾时的di/dt的损耗与发热，提高功率开关管的工作可靠性，采用RCD缓冲补偿来限制主变压器两端的变化速率，是一种常用且有效的方法手段。

但如何合理选取RCD的参数，则关系到缓冲电路所起的作用大小与整机的效率问题。

首先，我们要搞清楚RCD组合在IGBT功率管的导通期（Ton）与关断期(Toff)时，每个原器件所起的作用不同，根据图1所示，假设开关管由导通变为截止关断，则在关断瞬间，由于变压器的励磁复位及漏感储能的释放，变压器A B两端电压将由原来的A高（近似VE）B低（近似地电位）突变为A低（-0.7V）B高（VE+0.7V），假如Uc1（C1两端电压）初始状态为0V，则在关断瞬间，由于此时的D1正向导通，Uc1将被充电至VE值(D1与D4正好抵消)；同理，Uc2也将从0V（假定值）被充电至VE值，由于C1、C2的存在，A、B 两端的电压变化速率将明显变缓。

而C1、C2的容量取值不同，Uc1、Uc2被充电至VE值的时间也就不同，对于C1、C2容量的合理选取，就是后面接下去要讨论的。

当经过Toff后，变压器已磁复位，Q1、Q2进入再次导通期，此时C1、C2存储的电荷将通过R1、R2及Q1、Q2释放，为确保Uc1、Uc2能在Ton内下降至足够低的电压值，R1、R2的阻值大小就必需依据于C1、C2的容量大小及IGBT的导通时间Ton来决定。

IGBT保护电路设计[方案]

关于IGBT保护电路设计必知问题绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Tramistor，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、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了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。

IGBT目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，所以合理的驱动电路对整机显得很重要，但是如果控制不当，它很容易损坏，其中一种就是发生过流而使IGBT损坏，本文主要研究了IGBT 的驱动和短路保护问题，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1 IGBT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大得多，所以要提高其开关速度，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出的限定值（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。

虽然门极电压为零就可使IGBT处于截止状态，但是为了减小关断时间，提高IGBT的耐压、dv／dt耐量和抗干扰能力，一般在使IGBT处于阻断状态时．可在门极与源极之间加一个-5~-15v的反向电压。

（2）门极串联电阻心选择合适的门极串联电阻Rg对IGBT的驱动相当重要，Rg对开关损耗的影响见图1。

图1 Rg对开关损耗的影响IGBT的输入阻抗高压达109~1011，静态时不需要直流电流．只需要对输入电容进行充放电的动态电流。

其直流增益可达108~109，几乎不消耗功率。

为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，减少IGBT集电极大的电压尖脉冲，需在栅极串联电阻Rg，当Rg 增大时，会使IGBT的通断时间延长，能耗增加；而减少RF又会使di／dt增高，可能损坏IGBT。

IGBT驱动电路的设计

论文题目: IGBT驱动电路的设计专业: 微电子学姓名: 薛少雄签名：指导老师: 韦力签名：摘要IGBT将单极型和双极型器件的各自优点集于一身，扬长避短，使其特性更加优越，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等优点，因而发展很快，应用很广。

其驱动电路性能直接影响IGBT的功耗、安全性与可靠性等特性，在功率变换器内发挥相当重要的作用。

本文首先介绍IGBT的发展，IGBT的各种特性，其次介绍了IGBT驱动电路的各种保护功能，检测功能，以及栅极输入。

然后又把该次设计过程详细的介绍，包括其原理图，电路板和仿真等。

最后进行总结，总结了该次毕设在设计和焊接中出现的种种问题和解决方案。

该次毕设达到了IGBT的驱动功能，且具备了各种保护功能。

关键字:IGBT，驱动电路，HCPL-316j，栅极驱动，保护电路Subject: the design of IGBT driving circuitSpecialty: MicroelectronicsName: Xue Shaoxiong (Signature)＿＿＿＿Instructor: Wei Li (Signature)＿＿＿＿AbstractIGBT combines the advantages of unipolar and bipolar device to a more effective device, and has more superior characteristics with higher input impedance, faster speed, lower on voltage,higher off voltage and lager current withstand .So it is fastly developed and widely used.The driver circuit performance of it directly affects the IGBT power, security and reliability in power converters, and plays an important role in power inverter.This paper introduces the development and characteristics of IGBT firstly, and the the function of protecting function, and the grid input of IGBT driving circuit is introduced secondly. Then the design process is introduced in detail, including its principle of circuit and simulation, etc. Finally, summarizes the Picasso in design and welding problems and solutions.The project reaches IGBT drive function and has various protection function.KEY WORDS ：IGBT ,Driving circuit,HCPL-316j，Gate drive,Protection circuit目录第1章概述 (1)1.1功率半导体技术的发展 (1)1.1.1 电力电子器件的发展 (1)1.1.2 IGBT的发展历程 (2)1.2 选题目的和意义 (3)1.3 研究思路、内容及方法 (3)1.3.1 研究内容 (3)1.3.2 研究方法 (5)第2章IGBT原理和驱动条件 (6)2.1 原理与特性 (6)2.1.1 IGBT的工作原理 (6)2.1.2 基本特性 (8)2.2 门极驱动 (14)2.2.1 栅极驱动条件 (14)2.2.2 IGBT驱动电路 (15)2.3光耦电路及其原理 (16)第3章IGBT保护电路设计 (18)3. 1 IGBT过压保护电路 (18)3.1.1 IGBT栅极过压保护电路 (18)3.1.2 集电极与发射极间的过压保护电路 (18)3.1.3 直流过电压 (19)3.1.4 浪涌过电压 (19)3.1.5 IGBT开关过程中的过电压 (19)3.2 IGBT过流短路保护电路 (20)3.2.1 IGBT过流保护的分类 (20)3.2.2 过流保护检测电路 (21)3.2.3 过流和短路保护措施 (21)3.2.4 典型过流保护电路 (22)3.3 IGBT过热保护电路 (24)3.4 IGBT欠压保护电路 (24)第4章IGBT驱动电路设计 (25)4.1 IGBT的选择和FGA25N120ANTD的介绍 (25)4.1.1 IGBT种类和参数 (25)4.1.2 FGA25N120ANTD的介绍 (25)4.2驱动芯片的选择和HCPL_316J芯片的介绍 (28)4.2.1 驱动芯片的种类 (28)4.2.2 HCPL-316J芯片的介绍 (29)4.3 原理图的设计和个模块的介绍 (33)4.3.1 原理图和HCPL-316j内部原理图 (33)4.3.2 原理图各模块介绍 (34)4.4 电路板设计和功能实现 (36)4.4.1 电路板设计和介绍 (36)4.4.2 功能仿真 (37)第5章结论 (39)5.1 设计完成情况 (39)5.2 设计中存在的问题及解决方案 (39)附录 (41)附录1：到工厂实习心得 (41)附录2：到华盛铝厂参观心得 (42)致谢 (43)参考文献 (44)第1章概述1.1功率半导体技术的发展1.1.1 电力电子器件的发展电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。

IGBT无损缓冲吸收电路设计

IGBT无损缓冲吸收电路设计1 IGBT无损吸收网络工作在硬开关方式下的IGBT，若不断地提高其工作频率会引起以下问题。

1）开关损耗大。

开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。

电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急速增加。

2）感性关断电压尖峰大。

当器件关断时，电路中的感性元件感应出尖峰电压。

开关频率愈高，关断愈快，该感应电压愈高。

此电压加在开关器件两端，易造成IGBT模块击穿。

3）容性开通电流尖峰大。

当开关器件在很高的电压下开通时，储存在开关器件结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。

频率愈高，开通电流尖峰愈大，从而会引起IGBT器件过热损坏。

另外，二极管由导通变为截止时存在着反向恢复期，开关管在此期间的开通动作易产生很大的冲击电流。

频率愈高，该冲击电流愈大，对器件的安全运行造成危害。

4）电磁干扰严重。

随着频率提高，电路中的di/dt和du/dt增大，从而使电磁干扰增大，影响变换器和周围电子设备的工作。

上述问题严重妨碍了开关器件工作频率的提高，降低变换器的效率，并危及开关器件的安全可靠工作。

近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效途径。

软开关工方式与硬开关工作方式不同，理想的零电流软关断过程是电流先降到零，电压再缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。

由于器件关断前电流已下降到零，解决了感性关断问题。

理想的零电压软开通过程是电压先降到零后，电流再缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容上的电压亦为零，解决了容性开通问题。

同时，开通时二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管反向恢复问题亦不存往。

di/dt和du/dt的降低使得EMI问题得以解决。

软开关技术实际上是利用电容与电感缓冲吸收原理，使开关器件中电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化。

当电流过零时，使器件关断；当电压过零时，使器件开通-实现开关损耗为零。

大功率IGBT模块并联特性及缓冲电路研究

大功率IGBT模块并联特性及缓冲电路研究1. 本文概述随着现代电力电子技术的快速发展，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块在电力系统、工业控制、新能源等领域中发挥着越来越重要的作用。

特别是在高电压、大电流的应用场合，单个IGBT模块往往难以满足系统的功率需求，将多个IGBT模块并联使用成为了一种常见的解决方案。

IGBT模块在并联运行时会出现诸如均压均流问题、热平衡问题以及开关特性不一致等问题，这些问题不仅影响系统的稳定性和可靠性，还可能缩短模块的寿命。

本文针对大功率IGBT模块并联运行时的特性和问题展开研究，重点分析并联模块之间的电压和电流分配不均的机理，以及由此引发的热平衡问题和开关特性不一致现象。

进一步地，本文将探讨缓冲电路的设计和优化，以解决并联运行中的这些问题。

缓冲电路能够有效地抑制电压和电流的峰值，降低开关过程中的损耗，从而提高系统的效率和可靠性。

本文将通过理论分析和仿真验证，提出一种适用于大功率IGBT模块并联运行的缓冲电路设计方案，并对该设计方案的性能进行评估。

本文的结构安排如下：介绍IGBT模块的基本原理和工作特性，以及并联运行时的问题和挑战分析并联模块间电压和电流分配不均的机理，以及热平衡问题和开关特性不一致现象的产生原因接着，详细阐述缓冲电路的设计原理和优化方法通过仿真实验验证所提出缓冲电路设计方案的有效性和可行性总结全文并提出进一步的研究方向。

2. 模块基础理论绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种高压、大电流的功率半导体器件，广泛应用于电力电子装置中。

IGBT模块的工作原理涉及三个基本过程：导通、截止和开关。

在导通状态下，IGBT作为一个功率开关，允许电流流过而在截止状态下，则阻止电流流过。

IGBT的开关速度和效率是其关键性能指标。

当IGBT模块并联使用时，可以实现更高的功率输出。

模块间的并联特性对整体性能有显著影响。

IGBT缓冲电路的简单介绍

◆与放电阻止型缓冲电路比，其缓冲电路的损耗非常大，不适合高频电路。
◆缓冲电阻发生的损耗大致可以由下式计算：
式中：L为主电路中的分布电感，IC为IGBT关断时的集电极电流，f为IGBT的开关频率，C为缓冲电容，Ud为直流电压。
放电阻止型RCD缓冲电路
关断浪涌电压有抑制效果；
最适合高频电路；
缓冲电路发生的损耗少；
IGBT缓冲(吸收)电路的简单介绍
个别缓冲电路涌电压抑制明显；
最适合斩波电路；
适用大容量IGBT时，缓冲电阻值必须很小。因此关断时集电极电流增大，增加IGBT的负担。
缓冲电路的损耗很大，不适用高频电路。
充放电型RCD缓冲电路
◆与RC缓冲电路不同，外加缓冲二极管，缓冲电阻值能够变大，能过回避开通时的IGBT的负担问题。
缓冲电路的电阻的损耗大致可以由下式计算：
集中式缓冲电路
C缓冲电路
电路最简单；
因主电路电感与缓冲电容产生LC谐振，母线电压容易产生振荡。
RCD缓冲电路
与C缓冲电路相比，增加了缓冲二极管解决了振荡的问题.

一种灵活可靠的IGBT驱动电路设计

电气传动2024年第54卷第1期ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.1摘要：在当今减碳排放背景下，全控型功率器件IGBT 以优异的性能广泛用于各种变流器中，有效可靠的驱动电路对IGBT 的安全工作至关重要，特别是大功率应用场合。

针对大功率IGBT 应用中对驱动电路灵活可靠的要求，设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACPL -332J 的IGBT 驱动保护电路，分析了ACPL -332J 的各项参数，并以ACPL -332J 为核心设计了驱动电路。

以英飞凌FF600R12ME4为应用IGBT ，通过双脉冲试验、短路试验验证了设计电路驱动及保护的有效性。

关键词：智能集成光耦驱动器ACPL -332J ；光耦驱动器；驱动保护电路；灵活可靠中图分类号：TM46文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd25239A Design of Flexible and Reliable IGBT Driver CircuitHAN Song 1，2，YU Zhiqiang 1，2，WANG Mingyue 1，2，YU Hongze 1，2，JIA Pengfei 1，2（1.Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ；2.National Engineering Research Center for Electrical Transmission ，Tianjin 300180，China ）Abstract:Under the background of carbon emission reduction ，fully controlled power device IGBT is widely used in various of converters with its excellent performance ，effective and reliable drive circuit is crucial to the safe operation of IGBT ，especially for high-power applications.Aiming at the requirement of flexible and reliable of IGBT drive circuit in high-power applications ，an IGBT drive and protection circuit based on intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J was designed ，the parameters of ACPL-332J were analyzed ，and the driving circuit was designed with ACPL-332J as the core.With Infineon FF600R12ME4as the application IGBT ，the effectiveness of the designed drive and protect circuit was verified by double pulse test and short circuit test.Key words:intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J ；optocoupler driver ；drive and protect circuit ；flexible and reliable基金项目：天津电气科学研究院有限公司科研基金（YF2023ZL009）作者简介：韩松（1988—），男，硕士研究生，工程师，Email ：一种灵活可靠的IGBT 驱动电路设计韩松1，2，于志强1，2，王明玥1，2，于洪泽1，2，贾鹏飞1，2（1.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；2.电气传动国家工程研究中心，天津300180）在节能减排的时代背景下，随着绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）的制造和应用技术日趋成熟，IGBT 以易于驱动、耐受电应力、热应力高的特点，被广泛应用于中高功率、中低频率变流器中[1]。

IGBT驱动电路设计

一种IGBT驱动电路的设计IGBT的概念是20世纪80年代初期提出的。

IGBT具有复杂的集成结构，它的工作频率可以远高于双极晶体管。

IGBT已经成为功率半导体器件的主流。

在10～100 kHz的中高压大电流的范围内得到广泛应用。

IGBT进一步简化了功率器件的驱动电路和减小驱动功率。

1 IGBT的工作特性。

IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。

当栅极施以正电压时，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N+区注入到N-区的空穴（少子）对N-区进行电导调制，减小Ⅳ区的电阻R dr ，使阻断电压高的IGBT也具有低的通态压降。

当栅极上施以负电压时。

MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即被关断。

在IGBT导通之后。

若将栅极电压突然降至零，则沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使集电极电流有所下降，但由于N-区中注入了大量的电子和空穴对，因而集电极电流不会马上为零，而出现一个拖尾时间。

2 驱动电路的设计2.1 IGBT器件型号选择1）IGBT承受的正反向峰值电压考虑到2-2.5倍的安全系数，可选IGBT的电压为1 200 V。

2）IGBT导通时承受的峰值电流。

额定电流按380 V供电电压、额定功率30 kVA容量算。

选用的IGBT型号为SEMIKRON公司的SKM400GA128D。

2.2 IGBT驱动电路的设计要求对于大功率IGBT，选择驱动电路基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。

门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv／dt电流等参数有不同程度的影响。

门极驱动条件与器件特性的关系见表1。

栅极正电压的变化对IGBT的开通特性、负载短路能力和dVcE／dt电流有较大影响，而门极负偏压则对关断特性的影响比较大。

在门极电路的设计中，还要注意开通特性、负载短路能力和由dVcE／dt 电流引起的误触发等问题（见表1）。

几种常用IGBT单体缓冲吸收电路的原理

几种常用IGBT单体缓冲吸收电路的原理
RS单体吸收电路
（1）抑制关断浪涌电压效果好
（2）最适用于斩波器
（3）IGBT容量较大时，R1，R2阻值选取小，开通时增加了IGBT集电极的容性开通电流，损耗增加，IGBT的功能受到限制。

充电RCD单体吸收电路
（1）可抑制关断浪涌电压
（2）充放电型RCD缓冲电路由于增加了二极管V DS，可使R3、R4增大，避免了IGBT功能受限制
（3）缓冲电路的损耗相当大
（4）因损耗大而不适用于高频开关用途
放电阻止型单体吸收电路
（1）具有较好抑制关断浪涌电压效果（2）缓冲电路产生的损耗小
（3）最适合于高频开关用途
C整体吸收电路
（1）线路最简单
（2）利用C7旁路浪涌尖峰电压
（3）C7取值不当，易与主回路电感LS构成谐振而产生振荡
（4）C7的取值根据能量守恒原理可求取
RCD整体吸收电路
（1）线路相当简单
（2）适用于各种逆变器
（3）VDS要示正向恢复电压VFM小，反向恢复时间短，软恢复的二极管，以降低Vcep值。

关断损耗，避免引起振荡。

IGBT驱动电路设计原理接线图

IGBT驱动电路设计原理接线图IGBT驱动电路设计原理接线图作者：德意志⼯业时间：2015-04-13 11:11IGBT驱动电路的作⽤IGBT驱动电路的作⽤是驱动IGBT模块以能让其正常⼯作，同时对IGBT模块进⾏保护。

IGBT 驱动电路的作⽤对整个IGBT构成的系统来说⾄关重要。

IGBT是电路的核⼼器件，它可在⾼压下导通，并在⼤电流下关断，在硬开关桥式电路中，功率器件IGBT能否正确可靠地使⽤起着⾄关重要的作⽤。

驱动电路就是将控制电路输出的PWM信号进⾏功率放⼤，以满⾜驱动IGBT的要求，驱动电路设计的是否合理直接关系到IGBT的安全、可靠使⽤。

IGBT驱动电路还为IGBT器件提供门极过压、短路保护、过流保护、过温保护、Vce过压保护（有源钳位）、门极⽋压保护，didt保护（短路过流保护的⼀种）。

IGBT驱动电路的设计1. 设计IGBT驱动电路需要考虑的性能参数1）IGBT在电路中承受的正反向峰值电压，可以由下⾯的公式导出：设计驱动电路时需要考虑到2-2.5倍的安全系数，可选IGBT的电压为1200V。

2）在电路中IGBT导通时需要承受的峰值电流，可以由下⾯的公式导出：2.IGBT驱动器的选择在实际电路中，栅极电阻的选择要考虑开关速度的要求和损耗的⼤⼩。

栅极电阻也不是越⼩越好，当栅极电阻很⼩时，IGBT的CE间电压尖峰过⼤栅极电阻很⼤时，⼜会增⼤开关损耗。

所以，选择IGBT驱动器时要在尖峰电压能够承受的范围内适当减⼩栅极电阻。

由于电路中的杂散电感会引起开关状态下电压和电流的尖峰和振铃，在实际的驱动电路中，连线要尽量短，并且驱动电路和吸收电路应布置在同⼀个PCB板上，同时在靠近IGBT的GE间加双向稳压管，以箝位引起的耦合到栅极的电压尖峰。

对于⼤功率IGBT，设计和选择驱动基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。

门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的⼤⼩，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能⼒以及dv／dt电流等参数有不同程度的影响。

各种IGBT驱动电路

各种IGBT驱动电路
本文将讨论IGBT驱动电路，包括不同型号和公司的驱动
电路，以及一些具体应用的电路原理图和性能分析。

在三相逆变器中，IGBT的驱动电路有多种分析控制方式，需要根据具体应用场景进行选择。

某新型大功率三相半桥加热IGBT驱动电路的电路图如下，通过缓冲电路来保护IGBT，提高其使用寿命。

集成电路TLP250可以构成驱动器电路，适用于IGBT应
用电路。

而电磁炉IGBT管驱动单元电路的工作原理则需要具
体分析。

除了选型和原理的考虑，IGBT驱动电路的保护和性能也
需要进行设计和分析。

以下是一些适合不同应用场景的IGBT
驱动电路图。

FF20可控硅整流桥IGBT驱动电路
适合感应加热电源的IGBT驱动电路
用于有源电力滤波器的IGBT驱动电路图
总之，IGBT驱动电路的设计和选择需要根据具体应用场景进行考虑，同时保护和性能的分析也是必要的。

全桥逆变电路IGBT模块的实用驱动设计

全桥逆变电路IGBT模块的实用驱动设计一、本文概述《全桥逆变电路IGBT模块的实用驱动设计》一文旨在深入探讨全桥逆变电路中IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块的高效、可靠驱动技术。

该文以工程实践为导向，结合理论基础与现代电力电子技术的发展趋势，系统地阐述了IGBT模块驱动设计的关键要素、设计原则、常见挑战以及应对策略，旨在为相关领域的工程师和研究人员提供一套全面且实用的驱动设计方案参考。

文章将对全桥逆变电路的工作原理及IGBT模块在其中的核心作用进行简要回顾，强调其作为功率开关器件在电能转换过程中的高效性和可控性。

在此基础上，详述IGBT模块的结构特性、电气性能参数及其对驱动电路的具体要求，包括但不限于阈值电压、开关速度、安全工作区、栅极电荷等关键指标，为后续驱动设计的合理选择与优化奠定理论基础。

本文将聚焦于实用驱动设计的各个环节，从驱动电路拓扑的选择与设计开始，剖析隔离技术、驱动电源、缓冲电路、保护机制等关键组件的设计原则与实现细节。

将特别讨论驱动信号的形成与传输、栅极电阻的计算与选取、dvdt与didt抑制措施、过流与短路保护、过热与欠压保护等关键技术点，旨在确保IGBT模块在各种工况下能够稳定、快速、无损地开关，并有效延长其使用寿命。

进一步地，文中将结合实际应用案例，探讨驱动设计在不同应用场景下的适应性与优化策略，如工业变频器、新能源汽车、不间断电源（UPS）等领域的特定需求与挑战。

通过实例分析，读者将了解到如何根据具体应用条件，如负载特性、工作频率、环境温度、系统效率要求等，灵活调整和优化驱动方案，以实现最佳的系统性能与可靠性。

本文还将探讨驱动技术的最新进展与未来发展趋势，包括智能驱动、集成化驱动解决方案、基于新型半导体材料的驱动技术等前沿研究方向，以启发读者关注并跟进领域内的技术创新，不断提升全桥逆变电路中IGBT模块驱动设计的先进性与竞争力。

(完整word版)电力电子课程设计_IGBT单相电压型全桥无源逆变电路(阻感负载)

1 引言本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计（阻感负载），根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。

当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。

2 工作原理概论2. 1 IGBT的简述绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。

它是一种典型的全控器件。

它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。

现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。

IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。

它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。

其等效电路和电气符号如下：图2-1 IGBT等效电路和电气图形符号它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。

当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。

由于前面提到的电导调制效应，使得电阻减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。

当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的积极电流被切断，使得IGBT关断。

2.2电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。

电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

IGBT过电压保护及其缓冲电路

IGBT过电压保护及其缓冲电路文章首先设计出斩波电路缓冲电路的模型，并研究和探讨了它的工作原理及过程，继而分析了该种电路对各元器件参数的要求,将其看作选择参数的根据;与此同时又指出缓冲电路在安装的时候要注意的一些问题；最后给出了IGBT的过电压保护和过流保护的措施【关键词】IGBT 缓冲电路过电压保护伴随电力及电子科技的迅猛发展,IGBT这种全控型的开关,以它良好的性能在高压大功率的电路中渐渐替代了以往的SCR从而得到十分广泛的运用。

因为IGBT开关的速率非常大,很容易在开关二端出现很高的du/dt以及尖峰电压Upk,导致器件受到损害，缩短寿命,使得发生故障的概率大大增加。

故而,应在电路内增设缓冲电路。

缓冲电路类型的选取应该综合考虑多方面因素确定。

一般而言,在低频小功率的时候,电容吸收电路即能够满足性能上的要求,而如果伴随功率的进一步增大,电容将和电路内的寄生电感产生谐振。

RCD的运用十分的广泛,其不但可以满足系统要求,还可于某种程度上抑制谐振,而且相对放电阻止型吸收电路而言，其成本相对比较低1 缓冲电路的工作原理和参数计算在以下的分析时设定下述条件：二极管和IGBT都是理想的器件，其通态压降都是零；电容为纯容性，电感为纯感性，其中都没有电阻1.1 换流过程换流前的初始状态分析如下:Vc、VD1、VD2都在截止的状态；电流流经过L1、IGBT构成回路，同时在这个过程内始终为恒值。

�冲电路图见图11.2 谐振阶段以上的换流阶段完成以后,IGBT已经完全切断,也就是it=0，继而Cs仍然通过电源向其进行充电,二端的电压仍在升高。

当达到Ucs=Ud的时候,VD0开始受到正向偏置的电压,达到导通的状态,而il通过VD0续流。

继而系统内的杂散电感和电容Cs产生谐振,VDs仍保持导通的状态,电感内的能量都转移到了电容内1.3 电容Cs放电等谐振的过程结束以后,VDs完成截止,Cs则开始利用电源、L1和Rs进行放电。

一种应用于直接串联型IGBT的改进型RCD缓冲电路[发明专利]

专利名称：一种应用于直接串联型IGBT的改进型RCD缓冲电路
专利类型：发明专利
发明人：李伟邦,侯凯,何安然,骆健,范镇淇
申请号：CN201210520019.X
申请日：20121206
公开号：CN103066809A
公开日：
20130424
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种应用于直接串联型IGBT的改进型RCD缓冲电路，改进型RCD缓冲电路包括RCD缓冲单元、电压采样模块、比较器模块、脉冲发生单元和辅助开关单元；RCD缓冲单元包括电阻R、二极管D和电容C，电阻R与二极管D并联后与电容C串联，再并联到IGBT的集电极和发射极两端；电压采样模块对IGBT的集电极和发射极两端的电压进行分压，比较器模块对IGBT两端经过分压后的电压和预设的参考电平进行比较，脉冲发生单元的输入端与比较器模块的输出端连接。

本发明提供的一种应用于直接串联型IGBT的改进型RCD缓冲电路，当检测到过压时，通过脉冲发生单元发生短时脉冲控制辅助IGBT的开通和关断实现短时的过压能量泄放，能快速降低IGBT两端的过压到正常范围，并且损耗大大降低。

申请人：国网智能电网研究院,国家电网公司
地址：102211 北京市昌平区小汤山镇大东流村路270号(未来科技城)
国籍：CN
代理机构：北京安博达知识产权代理有限公司
代理人：徐国文
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如何进行IGBT保护电路设计

IGBT(绝缘栅双极性晶体管)是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点。

过流保护生产厂家对IGBT提供的安全工作区有严格的限制条件，且IGBT 承受过电流的时间仅为几微秒(SCR、GTR等器件承受过流时间为几十微秒)，耐过流量小，因此使用IGBT首要注意的是过流保护。

产生过流的原因大致有：晶体管或二极管损坏、控制与驱动电路故障或干扰等引起误动、输出线接错或绝缘损坏等形成短路、输出端对地短路与电机绝缘损坏、逆变桥的桥臂短路等。

对IGBT的过流检测保护分两种情况：(1)驱动电路中无保护功能。

这时在主电路中要设置过流检测器件。

对于小容量变频器，一般是把电阻R直接串接在主电路中，如图1(a)所示，通过电阻两端的电压来反映电流的大小;对于大中容量变频器，因电流大，需用电流互感器TA(如霍尔传感器等)。

电流互感器所接位置：一是像串电阻那样串接在主回路中，如图1(a)中的虚线所示;二是串接在每个IGBT上，如图1(b)所示。

前者只用一个电流互感器检测流过IGBT的总电流，经济简单，但检测精度较差;后者直接反映每个IGBT的电流，测量精度高，但需6个电流互感器。

过电流检测出来的电流信号，经光耦管向控制电路输出封锁信号，从而关断IGBT的触发，实现过流保护。

图1 IGBT的过流检测(2)驱动电路中设有保护功能。

如日本英达公司的HR065、富士电机的EXB840～844、三菱公司的M57962L等，是集驱动与保护功能于一体的集成电路(称为混合驱动模块)，其电流检测是利用在某一正向栅压 Uge下，正向导通管压降Uce(ON)与集电极电流Ie成正比的特性，通过检测Uce(ON)的大小来判断Ie的大小，产品的可靠性高。

不同型号的混合驱动模块，其输出能力、开关速度与du/dt的承受能力不同，使用时要根据实际情况恰当选用。

由于混合驱动模块本身的过流保护临界电压动作值是固定的(一般为7～10V)，因而存在着一个与 IGBT配合的问题。