IGBT的驱动和过流保护电路的研究
IGBT驱动电路原理与保护电路
IGBT驱动电路原理与保护电路IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistor）驱动电路主要由三部分组成：信号隔离部分、驱动信号放大部分和保护电路。
信号隔离部分是将输入信号与输出信号进行隔离，防止输入信号中的噪声和干扰对输出信号产生影响。
常用的信号隔离方法有变压器隔离、光电隔离和互感器隔离等。
其中，光电隔离是最常用的方法之一，它通过输入端的光电耦合器将电信号转换成光信号，通过光电隔离再将光信号转换为电信号输出。
这样可以有效防止输入信号中的噪声和干扰对输出信号产生干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
驱动信号放大部分是将输入信号进行放大，以驱动IGBT的门极电压，控制IGBT的导通和关断。
驱动信号放大部分一般采用功放电路，常用的放大器有晶体管放大器和运放放大器。
通过合理选择放大器的工作点和增益，可以将输入信号进行适当放大，提高系统的灵敏度和响应速度，以确保IGBT的正常工作。
保护电路是为了保护IGBT免受电路中的过电流、过电压等异常情况的损害而设计的。
保护电路一般包括过流保护、过压保护、过温保护和短路保护等功能。
过流保护通过在电路中增加电流传感器来检测电流的变化，一旦电流超过设定值就会触发保护，例如通过切断电源来防止IGBT损坏。
过压保护通过在电路中增加电压传感器来检测电压的变化，一旦电压超过设定值就会触发保护，例如通过切断电源来防止IGBT损坏。
过温保护通过在IGBT芯片上增加温度传感器来检测芯片温度的变化，一旦温度超过设定值就会触发保护，例如通过减小驱动信号的幅度来降低功耗和温度。
短路保护通过在电路中增加短路检测电路，一旦检测到短路就会触发保护，例如通过立即切断电源来防止IGBT损坏。
总之，IGBT驱动电路的原理是通过信号隔离部分将输入信号与输出信号进行隔离，通过驱动信号放大部分将输入信号进行放大，以驱动IGBT的门极电压，控制其导通和关断。
同时，通过保护电路对IGBT进行多重防护，保证其在电路异常情况下的正常工作，提高系统的可靠性和稳定性。
实验二 IGBT管的驱动、保护电路的测试及直流斩波降压电路的研究
实验二 IGBT管的驱动、保护电路的测试及直流斩波降压电路的研究一、实验目的1．掌握IGBT驱动与保护电路的基本要求，熟悉驱动模块EXB841电路的驱动与保护环节的测试；2．掌握脉宽调制信号发生原理，能对脉宽调制电路的调试及负载电压波形进行分析；3．熟悉直流斩波降压电路的工作原理。
二、预习要求1．了解IGBT驱动的隔离和功率放大的要求；2．了解脉宽调制信号的发生原理；3．了解直流斩波电路的基本原理。
三、实验设备1．IGBT直流斩波电路实验装置单元2．示波器3．万用表四、实验原理及说明该实验由三个部分组成：直流斩波电路，IGBT的驱动和保护电路以及脉宽调制信号发生电路。
下面分别予以介绍。
1．直流斩波电路如图2-1所示，220V单相交流电经整流变压器TR，降为50V交流电，再经整流滤波后变为直流电，其幅值在45V～70V之间，视负载电流大小而定。
直流电路的负载为220V、15W白炽灯，用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关管，来控制直流电路的通断，以调节负载上平均电压的大小。
图2-1 IGBT 直流斩波电路2．IGBT管的驱动和保护电路（1）IGBT管IGBT管是一个复合元件，它的前半部分类似绝缘栅场效应管（是电压控制型，具有输入阻抗高的优点），后半部分类似双极管晶体管（具有输出阻抗小、导通压降小、承受电流大的优点）。
它兼有场效应管和双极晶体管的优点，因而获得日益广泛的应用。
（2）IGBT的驱动电路IGBT具有显著的优点，已日益广泛应用于通用变频调速器，位置控制和不间断电源领域。
目前有多种IGBT驱动模块。
现以EXB841为例，来介绍IGBT驱动电路的工作原理。
EBX841型模块，可驱动300A/1200V IGBT元件，驱动延迟时间小于1μs，最高工作频率可达40～50kHz。
它只需要外部提供一个+20V的单电源（它内部自生反偏电压）。
模块采用高速光电耦合（隔离）输入，信号电压经电压放大和推挽（射极跟随）功率放大输出，并有过电流保护环节。
基于HCPL-316J的IGBT驱动及保护电路的设计
基于HCPL-316J的IGBT驱动及保护电路的设计Design of IGBT Drive and Protection Circuit Based on HCPL-316J山东科技大学 谷兆灿(Gu Zhaocan )摘要：在变频器和逆变器中，IGBT扮演着十分重要的角色。
IGBT运行的稳定性，是变频器（逆变器）工作可靠性的保证。
同时，IGBT的故障保护也是变频器（逆变器）设计过程中的重要环节。
本文以HCPL-316J光耦合芯片为主，联合Infineon的FP50R12KT4型号IGBT为例，设计IGBT的驱动及保护电路，并通过实验验证该电路的可靠性。
关键词：变频器；逆变器；IGBT；驱动电路Abstract: IGBTs play an important role in frequency converter and inverters. The stability of the IGBT operation is the guarantee of the operational reliability of the frequency converter (inverter). At the same time, the fault protection of IGBT is also an important part in the design process of frequency converter (inverter). This paper takes HCPL-316J optical coupling chip as the main [1], and combines Infineon's FP50R12KT4 IGBT as an example to design the driving and protection circuit of IGBT, and verify the reliability of the circuit through experiments.Key words: Frequency converter; Inverter; IGBT; Drive circuit【中图分类号】TN77【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)07-096-041 引言IGBT因有着高频通断、高耐压、低导通阻抗、驱动方便等特点[1]，在行业内被广泛应用，尤其是在变频器行业[2]。
一种大功率IGBT实用驱动及保护电路
ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2001年第41卷第9期2001,V o l .41,N o .914 3255258一种大功率IGBT 实用驱动及保护电路卫三民, 李发海(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)收稿日期:2000206223作者简介:卫三民(19732),男(汉),山西,博士研究生。
摘 要:对大功率IGBT 驱动和保护电路的原理进行了分析。
提出了一种新的延迟搜索过电流保护实现方法。
采用高速模拟开关器件,可方便地调节保护电路的参数、保护电路动作的电流值、延迟时间、搜索时间及2倍以上过流时的慢速关断时间等。
针对不同的大功率IGBT ,只需进行简单计算就可确定电路参数。
文中给出了详细电路,对正常工作和过流故障时的原理进行了分析。
最后给出了仿真和试验结果。
针对三菱公司的1200V 600A IGBT 设计的实际电路已在某研究所大功率离心机上可靠运行。
关键词:IGBT ;驱动电路;保护电路;大功率中图分类号:TM 301.2文章编号:100020054(2001)0920055204文献标识码:AH igh power IGBT dr ive andprotection c ircu itW EI S a nm in ,L I Fa ha i(D epart men t of Electr ical Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084)Abstract : T he theo ry of the drive and p ro tecti on circuit of h igh pow er IGBT s w as analyzed to develop a new circuit w h ich searches the over current w ith the allow able ti m e delay to avo id p seudo over current .T he circuit uses high speed analog s w itches so the circuit param eters can be easily designed .Fo r examp le,param eters such as the current to start the p ro tecti on,the delay ti m e to low er the gate vo ltage,the ti m e to shunt off the IGBT at low speed,etc .can be easily set fo r different kinds of IGBT.D etailed circuit,analysis,and si m ulati on results are given .T he circuit wo rks w ell in a h igh pow er centrifuge system using a 1200V 600A IGBT.Key words : IGBT;drive circuit;p ro tecti on circuit;high pow er 随着全控器件IGB T (In su lated Gate B i po larT ran sisto r )朝着大电流、高电压、快通断、易触发等方向的不断发展,它在大功率变流系统中得到了广泛应用。
IGBT保护电路设计[方案]
![IGBT保护电路设计[方案]](https://img.taocdn.com/s3/m/429c27c432d4b14e852458fb770bf78a65293a7a.png)
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。
基于EXB841的IGBT驱动与保护电路研究
流 阈值 ，延迟 电路识别虚假过流和过流锁定 ，采 用外部 成型 电路提高 负栅压 和 系统应用 中及 时 的故 障
显示等改进方法。设计 了 相应的优化驱动电 路，优化驱动电路在脉冲发生电源中得到应用。实际运行
表 明优 化驱 动电路克服 了 Ｅ Ｂ４ 典 型驱 动的不足 ，改善 了 ＩＢ Ｘ ８１ Ｇ Ｔ的驱 动 与保 护性 能 ，具 有很好 的实
ｏ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｎｏｙ ｆ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｏｌｇ ） ｅ
Ａｂ ｔ ａｃ ： Ｔｈ ｓ ｐ ｐｅ ｎ ｒ ｄ ｅ ｈｅ ｒ ｑ ｉｅ ｏ ｒｖｎ ｎ ｒ ｔｃ ｉ ｇ ｃ ｒ ｕ ｔｆ ｒ Ｉ ｓｒ ｔ ｉ ａ ｒｉ ｔｏ ｕｃ ｄ ｔ ｅ ｕ ｒ ｆｄ ｉ ｇ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔｎ ｉｃ ｉ ｏ ＧＢＴ ｎ ａ ｅ ａ ｂ ｅ ｉ ａ ｄｇｖ ｒ ｆ ｉ
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IGBT驱动电路设计与保护
IGBT模块驱动及保护电路设计1 引言IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。
它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。
其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
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μA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。
2 栅极特性IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。
由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般只能达到20～30V，因此栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。
在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极－集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。
为此。
通常采用绞线来传送驱动信号，以减小寄生电感。
在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。
由于IGBT的栅极－发射极和栅极－集电极间存在着分布电容Cge和Cgc，以及发射极驱动电路中存在有分布电感Le，这些分布参数的影响，使得IGBT 的实际驱动波形与理想驱动波形不完全相同，并产生了不利于IGBT开通和关断的因素。
这可以用带续流二极管的电感负载电路（见图1）得到验证。
(a)等效电路(b)开通波形图1 IGBT开关等效电路和开通波形在t0时刻，栅极驱动电压开始上升，此时影响栅极电压uge上升斜率的主要因素只有Rg和Cge，栅极电压上升较快。
IGBT驱动电路原理与保护电路
IGBT驱动电路原理与保护电路IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）驱动电路是一种用于控制和驱动IGBT器件的电路，用于将低功率信号转化为高功率信号，以实现对IGBT器件的控制。
IGBT驱动电路通常由输入电路、隔离电路、输出电路和保护电路组成。
下面将详细介绍IGBT驱动电路的原理和保护电路的作用。
IGBT驱动电路的主要工作原理是通过输入信号的变化来控制IGBT的通断，从而实现对高功率负载的控制。
IGBT驱动电路一般采用CMOS电路设计，以确保高噪声抑制和良好的电磁兼容性。
常见的IGBT驱动电路分为光耦隔离和变压器隔离两种。
光耦隔离驱动电路是将输入信号与输出信号通过光电耦合器隔离，在高功率环境下提供了良好的隔离和保护。
光电耦合器的输入端通常由输入信号发生器驱动，而输出端则连接到IGBT的控制极，实现信号的传输和控制。
光耦隔离驱动电路在功率轻载和带负载的情况下都能提供良好的电气隔离，提高了系统的可靠性和稳定性。
变压器隔离驱动电路是通过变压器来实现输入和输出信号的隔离。
输入信号通过变压器的一侧传输，然后通过变压器的另一侧连接到IGBT的控制极。
变压器隔离驱动电路具有较高的耐受电压和电流能力，并能抵御噪声和干扰的影响。
IGBT保护电路的作用：IGBT是一种高功率开关设备，在工作过程中容易受到电流过大、电压过高、温度过高等因素的影响，导致过热、短路甚至损坏。
因此，为了保护IGBT设备的正常工作和延长其使用寿命，需要在IGBT驱动电路中添加一些保护电路。
常见的IGBT保护电路包括过流保护、过压保护和过温保护。
过流保护电路通过检测IGBT芯片上的电流大小来保护器件的工作。
当电流超过预设值时，保护电路会通过切断电源或降低输入信号的方式来阻止过大电流通过IGBT。
这样可以防止IGBT芯片发生过热和失效。
过压保护电路通过监测IGBT器件上的电压来保护该器件的工作。
当电压超过正常工作范围时，保护电路会通过切断电源或降低输入信号的方式来阻止过高电压对IGBT芯片的损害。
IGBT的驱动电路原理与保护技术
IGBT的驱动电路原理与保护技术IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种用于高压高功率开关电路的半导体器件，结合了MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）的输入特性和BJT（Bipolar Junction Transistor）的输出特性。
IGBT的驱动电路原理与保护技术对于确保IGBT的正常工作和延长其寿命非常重要。
1.基本原理：驱动电路的主要目的是将控制信号转换成足够的电压和电流来控制IGBT的开关动作。
基本的驱动电路一般由一个发生器、一个驱动电流放大器以及一个隔离电压放大器组成。
2.发生器：发生器产生控制信号，控制IGBT的开关状态。
信号可以是脉冲信号，由微控制器或其他逻辑电路产生。
3.驱动电流放大器：驱动电流放大器用于放大脉冲信号，以提供足够的电流来控制IGBT。
其输出电流通常在几十毫安到几安之间。
4.隔离电压放大器：IGBT通常需要电隔离，以防止高电压干扰信号影响其正常工作。
隔离电压放大器用于将驱动信号从控制信号隔离，并提供相应的电压放大。
1.过流保护：IGBT的工作电流超过额定值时，可能会导致损坏。
因此，电路中应包含过流保护电路，可以通过电流传感器来监测电流，并在超过设定值时立即切断电源。
2.过温保护：IGBT在超过一定温度时可能会发生热失控，导致器件损坏。
因此，必须安装温度传感器来监测器件的温度，并在超过设定值时采取适当的措施，如降低输入信号或切断电源。
3.过压保护：当IGBT的工作电压超过额定值时，可能会引起击穿，导致器件损坏。
因此，在电路中需要安装过压保护电路，以确保电压不会超过允许的范围。
4.反馈电路：为了确保IGBT的正常工作，需要实时监测其输出电流和电压。
因此，反馈电路可以用来调整控制信号，以保持IGBT在安全范围内工作。
总之，IGBT的驱动电路原理和保护技术是确保IGBT正常工作和延长其寿命的关键。
IGBT的驱动电路原理与保护技术
IGBT的驱动电路原理与保护技术IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率MOSFET和普通异质结型二极管的复合封装元件，具有高电压承受能力和高输入阈值电压等特点。
IGBT广泛应用于电力电子领域，如变频器、电力传动系统和电力转换等方面。
为了确保IGBT能正常工作，需要设计合理的驱动电路和保护技术。
IGBT驱动电路的原理是将控制信号加在IGBT的栅极上，控制IGBT的导通和关断。
该电路主要由驱动电源、反馈电路、隔离电路和增益电路组成。
驱动电源：将直流电源或交流电源转换为待驱动的IGBT所需的驱动电压和电流。
常用的驱动电源有三相桥式整流电路和离线开关电源。
其中，三相桥式整流电路通过整流变压器将交流电源转换为直流电源，经由滤波电容后供给驱动电路；离线开关电源利用开关电源电路将交流电源转换为恒定的直流电源，再供给驱动电路。
反馈电路：用于检测IGBT的开关状态以及输出电流等参数信息。
常用的反馈电路有隔离放大器和反馈变压器。
隔离放大器通过光电转换和电隔离将输入信号转换为输出信号，并保证输入与输出之间的电气隔离，以确保安全性和稳定性。
反馈变压器是通过变压器将输出信号与输入信号进行隔离和耦合，达到反馈的目的。
隔离电路：用于隔离驱动电源和IGBT的主回路。
通过隔离电路可以避免驱动电源与主回路之间的相互影响，提高系统的稳定性和安全性。
常用的隔离电路有光耦隔离和磁耦隔离。
光耦隔离通过光电转换将输入信号转换为光信号，再由光耦合输出为等效电流信号，实现了输入与输出之间的电气隔离。
磁耦隔离通过变压器的电磁感应将输入信号耦合到输出端，实现输入与输出之间的电气隔离。
增益电路：用于提升输入信号的电平和电流，以满足IGBT的工作要求。
增益电路可以选择共射极放大器、共基极放大器或共集极放大器等。
对于IGBT来说，常用的增益电路是共射极放大器。
增益电路的设计需要考虑输入输出阻抗的匹配、功率损耗和响应速度等因素。
IGBT驱动电路原理及保护电路
IGBT驱动电路原理及保护电路IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）驱动电路是一种用于驱动IGBT的电路，主要用于控制和保护IGBT。
IGBT是一种高性能功率半导体器件，广泛应用于各种功率电子设备中。
驱动信号发生器产生一个驱动信号，通常是一个脉冲信号，用于控制IGBT的开关状态。
信号放大器将驱动信号放大到足够的电压和电流，以满足IGBT的驱动要求。
保护电路用于监测IGBT的工作状态，并在故障发生时提供保护措施。
电源则为整个驱动电路提供所需的电能。
IGBT驱动电路的保护功能非常重要。
保护电路通常包括过流保护、过温保护、过压保护和短路保护等功能。
过流保护通过监测IGBT的输出电流来避免过大的电流损坏IGBT。
过温保护通过监测IGBT的温度来避免过热导致的损坏。
过压保护通过监测输入电压来避免过大的电压损坏IGBT。
短路保护通过监测IGBT的输出电压和电流来避免短路导致的损坏。
IGBT驱动电路还可以包括其他功能，如电流限制、反馈控制、隔离等。
电流限制功能可以限制IGBT的输出电流，以满足设备的需要。
反馈控制功能可以通过监测输出信号，并将反馈信号送回到驱动信号发生器中，实现对IGBT的精确控制。
隔离功能可以通过光耦等器件实现驱动信号和IGBT之间的电气隔离，提高系统的安全性和可靠性。
总之，IGBT驱动电路是用于驱动和保护IGBT的电路，通过控制IGBT的输入电流和电压来实现对其的开关操作。
保护电路是其重要组成部分，可以提供对IGBT的过流、过温、过压和短路等故障的保护。
IGBT驱动电路还可以包括其他功能，如电流限制、反馈控制和隔离等。
这些功能和保护措施都有助于提高IGBT的性能和可靠性，保护其免受损坏。
绝缘栅双极型晶体管_IGBT_驱动及保护电路的研究
文章编号:1007-6735(2004)03-0283-03 收稿日期:2004-01-05 基金项目:上海市教委青年基金资助项目(02GQ29) 作者简介:郝润科(1963-),男,副教授.绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动及保护电路的研究郝润科, 杨一波(上海理工大学电气工程学院,上海 200093)摘要:介绍了绝缘栅双极型晶体管(IG B T )模块的电气特性和对栅极驱动的要求,结合IG B T 模块的电气特性对IG B T 驱动电路和保护电路的设计进行了分析和讨论,并给出了一些典型电路以供大家参考.关键词:绝缘栅双极型晶体管;驱动;保护中图分类号:TN 386 文献标识码:AStudy on IGBT drive and protection circuitHAO Run 2ke , YANG Y i 2bo(College of Elect ric Engineering ,U niversity of S hanghai f or Science and Technology ,S hanghai 200093,China )Abstract :The electric features of IG B T and the requirement for gate drive are introduced.The analysis and discussion on the design of IG B T and protection circuit are mainly focused and some typical circuits are presented for reference.K ey w ords :I GB T ;drive ;protect 绝缘栅双极型晶体管(IG B T )是近年来发展起来的半导体器件,它集功率场效应管MOSFET 和功率晶体管GTR 的优点于一身,具有输入阻抗高、开关频率高(10～40kHz )、峰值电流容量大、自关断、低功耗和易于驱动等特点,是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件之一,被广泛用于各种电机控制驱动、不间断电源、医疗设备和逆变焊机等领域.IG B T 的驱动和保护是其应用中的关键技术,本文就此进行了较详细的研究.1 IG B T 的电气特性IG B T 是在功率MOSFET 漏区加入P +N 结构构成的,导通电阻降低到普通功率MOSFET 的1/10,其等效电路如图1所示[1,2].其中R 是厚基区调制电阻,IG B T 可认为是由具有高输入阻抗、高速MOSFET 驱动的双极型晶体管.图2(见下页)为IG B T 的电气特性(IG B T 为200A/1200V ),图2a 是集射电压U CE 与集电极电流I C 的关系,图2b 是栅极电压U GE 与集电极电流I C 的关系曲线.图1 IG B T 的等效电路Fig.1 Equivalent circuit of IG B T上海理工大学学报 第26卷 第3期J.University of Shanghai for Science and TechnologyVol.26 No.3 2004 图2 IG B T 的电气特性Fig.2 Electric feature of IG B T2 IG B T 栅极驱动2.1 驱动电压的幅值 IG B T 为电压控制器件,从其电气特性图2b 可知,当U GE ≥U GE (th )(U GE (th )为阈值电压)时,IG B T 即可开通,一般情况下U GE (th )=5～6V.由图2a 可知,当U GE 增加时,通态电压U CE 减小,通态损耗减小,IG B T 承受短路电流能力减小;当U GE 太大时,可能会引起栅极电压振荡,损坏栅极.所以,在实际应用中应折中考虑栅极电压的选取,为获得通态压降小,同时IG B T 又具有较好的承受短路电流的能力,U GE 应折中取12～15V 为宜,12V 最佳. 在需要IG B T 关断期间,为提高IG B T 的抗干扰能力及承受d i /d t 上升率能力(其中i 为电流,t 为时间),保证其可靠地关断,最好给栅射极间加5～10V 的负偏压,过大的反向偏压会造成IG B T 栅射极反向击穿.2.2 栅极串联电阻为抑制栅极脉冲前后沿陡度和防止振荡,减小开关d i /d t 和IG B T 集电极尖峰电压,应在栅极串联一个电阻R G .在选取R G 值时,应根据IG B T 电流容量和电压额定值以及开关频率选取.当R G 过大时,IG B T 的开关时间延长,开关损耗加大;R G 减小时,IG B T 的开关时间和开关损耗减小;但当R G 过小时,可导致栅源之间振荡,IG B T 集电极d i /d t 增加,引起IG B T 集电极尖峰电压,使IG B T 损坏.通常选取R G 值在几欧姆到十几欧姆之间,如10Ω、15Ω、27Ω等.2.3 栅射极并联电阻在IG B T 开通期间,其集电极会经常出现振荡电压,通过栅-集电容的联系,栅极电压也会受到影响,可能导致U GE 超过阈值电压U GE (th ),引起IG B T 误导通,而且当U GE 一旦产生过电压(IG B T 栅极耐压约20V )就会损坏IG B T.为防止这类现象的发生,可采取在栅射极之间并联稳压二极管或电阻R GE 的方法.因稳压二极管有很大的结电容,影响IG B T 的开关速度,所以并联稳压二极管的方法在IG B T 高速工作时需要增大驱动电流.3 IG B T 的保护电路3.1 过压保护 IG B T 关断时的换相过电压,主要决定于主电路的杂散电感及关断时的d i /d t .在正常工作时d i /d t 较低,通常不会造成IG B T 损坏,但在过流故障状态时,d i /d t 会迅速增大产生较高的过电压,所以应尽量减小主电路布线杂散电感,以减小因d i /d t 过大产生的过电压.可以采取的措施有:直流环节的滤波电容应靠近IG B T 模块,滤波电容至IG B T 模块的正负极连线尽量靠近;采用RCD 电路吸收过电压尖峰,而且电容和电阻均应采用无感电容和无感电阻,吸收二极管D 应为快速恢复器件,吸收电路直接连接到IG B T 的相应端子上.3.2 过电流保护当过电流小于工作电流的2倍时,可采用瞬时封锁栅极脉冲的方法来实现保护.当过电流的倍数较高时,尤其是发生负载短路故障时,加瞬时封锁栅极脉冲会使d i /d t 很大,在回路杂散电感上感应出较高的尖峰电压,RCD 吸收电路很难彻底吸收此尖峰电压.为此,在保护中应采取软关断措施使栅极电压在2～5μs 降至零电压,目前常用的IG B T 驱动模块内部均具有此过流软关断功能.482 上海理工大学学报2004年第26卷 4 驱动电路4.1 分立元件构成的驱动电路 图3是由分立元件构成的IG B T 驱动电路.光耦采用小延时高速型光耦,T 1和T 2组成图腾结构的对管(T 1、T 2选用三级管的放大倍数β>100的开关管),D Z1选用5V/1W 的稳压管.当输入信号到来时,T 2截止,T 1导通,对IG B T 施加+12V 栅极电压;当输入信号消失时,T 1截止,T 2导通,5V 稳压管为IG B T 提供反向关断电压;稳压二极管D Z2、D Z3的作用是限制加在IG B T 栅射间的电压,避免过高的栅射电压击穿栅极.此电路结构简单,可用于驱动小功率变换器中的IG BT.图3 IG B T 驱动电路Fig.3Drive circuit of IG B T4.2 驱动模块电路目前生产IG B T 的几个主要厂家都开发了与之配套的驱动模块电路.如富士的EX B 系列、东芝的T K 系列、莫托罗拉的MPD 系列和惠普HCPL 系列等.这类模块均具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定和故障信号输出的功能.应用这类模块可提高产品的可靠性能.图4是EX B841模块驱动IG B T 的应用电路[3].EX B841是日本富士公司设计的可驱动高达400A/600V 和300A/1200V 的IG B T ,最高工作频率为40kHz.内装用于高隔离电压的光耦合器,采用+20V 直流单电源供电,可产生+15V 开栅电压和-5V 关栅电压,内部装有过流检测电路和软关断电路,过流检测电路可按驱动信号与集电极电压之间的关系检测过流,当IG B T 的电流超过设定值时,软关断电路低速切断电路,保护IG B T 不被损坏.在图4中,端脚6用于监测集电极电压,从图2a 可知,当U GE 不变,通态电压U CE 随集电极电流增大而增高,所以可用检测U CE 作为过流的判断信号,当IG B T 的U CE 过高(一般达7V )时则出现过流信号,此信号经过流检测电路10μs 检查(IG B T 能抵抗10μs 短路电流),滤除其中的干扰信号,确定为过流时,端脚5信号由高电平变为低电平,光耦TL P521工作,发出过流保护输出,封锁驱动输入信号,切断IG B T.此电路在作者研制的3kW 磁阻电机调速系统中应用效果良好.图4 EX B841驱动模块应用电路Fig.4 Applied circuit of EX B841drive mode5 结束语本文介绍了IG B T 的结构和电气特性,讨论了设计IG B T 驱动电路的要求和注意事项,分析了正确选取栅极驱动电压的范围,d i /d t 对栅压的影响和应采取的措施,给出了典型驱动电路,对正确使用IG B T 具有一定的参考价值.参考文献:[1] 张立.现代电力电子技术基础[M ].北京:高等教育出版社,2000.[2] 何希才.现代电力电子技术[M ].北京:国防工业出版社,1996.[3] 郝润科,刘贵卿.开关磁阻电动机开关元件的选择与研究[J ].太原工业大学学报,1997,28(3):27～30.582 第3期郝润科等:绝缘栅双极型晶体管(IG B T )驱动及保护电路的研究 。
三种IGBT驱动电路和保护方法详解
三种IGBT驱动电路和保护方法详解IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率开关器件，具有高压能力和快速开关速度，广泛应用于各类电力电子设备中。
为了保证IGBT的正常工作和延长寿命，需要合理设计驱动电路和采取保护措施。
以下将详细介绍三种常见的IGBT驱动电路和保护方法。
1.全桥驱动电路：全桥驱动电路使用四个驱动器来控制IGBT的开关动作，通过驱动信号的控制确保IGBT的正确触发。
全桥驱动电路的优点是开关速度快、电流能力高、噪音抵抗能力强。
驱动信号的产生可以通过模拟电路或数字电路实现，后者具有更高的可靠性和精准性。
在全桥驱动电路中，还会配备隔离变压器，用于提供与主电源隔离的驱动信号。
保护方法：（1）过温保护：通过测量IGBT芯片的温度，一旦温度超过设定值，即切断IGBT的驱动信号，防止过热损坏。
（2）过流保护：通过监测IGBT输入电流，当电流超过额定值时，切断IGBT的驱动信号，避免损坏。
（3）过压保护：检测IGBT的输入电压，当电压超过设定值时，中断驱动信号，以防止损坏。
（4）过电压保护：通过监测IGBT的输出电压，当电压异常升高时，关闭IGBT的驱动信号，避免对后续电路造成损害。
（5）失控保护：当IGBT因为故障或其他原因丧失了晶体管功能时，立即中断其驱动信号，以保护设备安全。
2.半桥驱动电路：半桥驱动电路仅使用两个驱动器来控制一个IGBT的开关动作。
相比于全桥驱动电路，半桥驱动电路简化了驱动电路的设计，成本更低。
但由于只有单个驱动器来控制IGBT，因此其驱动能力和噪音抵抗能力相对较弱。
保护方法：半桥驱动电路的保护方法与全桥驱动电路类似，包括过温保护、过流保护、过压保护、过电压保护和失控保护等。
可以将这些保护方法集成在半桥驱动电路中，一旦触发保护条件，即切断驱动信号，以保护IGBT和其他电路设备。
3.隔离式驱动电路：隔离式驱动电路通过隔离变压器将主电源与IGBT的驱动信号分隔开，能够提高系统的稳定性和安全性。
感应加热电源IGBT驱动及保护电路设计
感应加热电源IGBT驱动及保护电路设计摘要本文以感应加热电源IGBT驱动及保护电路为研究对象，阐述感应加热电源的现状与发展趋势、感应加热电源的优点、应用和基本原理。
其中，IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件,它同时具有MOSFET的高速开关及电压驱动特性和双极晶体管的低饱和电压特性，易实现较大电流的能力，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大的优点。
近年来IGBT成为电力电子领域中尤为瞩目的电力电子器件，并得到越来越广泛的应用。
本文分析了感应加热电源的总体结构和介绍了IGBT的基本结构、工作原理、驱动电路，同时简要概括了IGBT模块的选择方法和保护措施等，通过对IGBT的学习，来探讨IGBT在当代感应加热领域的广泛应用和发展前景。
关键词：感应加热电源，绝缘栅双极晶体管，IGBT驱动电路，IGBT保护电路。
Induction heating power IGBT drive and protective circuitdesignABSTRACTBased on the induction heating power IGBT drive and protection circuit as the research object, this paper present situation and the development trend of induction heating power supply, the advantages of induction heating power supply, the application and the basic principle. Among them, the IGBT (insulated gate bipolar transistor) is a kind of composite power field effect tube and the advantage of the power transistor and produce a new type of composite device, it also has a high-speed switching and voltage of the MOSFET drive characteristic and low of the bipolar transistor saturation voltage characteristic, easy to realize large current capacity, not only has high input impedance, working speed, good thermal stability and drive circuit, the advantages of simple and has a low voltage state, the advantages of high voltage and current under the big. In recent years the IGBT as power electronics is particularly outstanding in the field of power electronics, and get more and more widely used.This paper analyzes the overall structure of induction heating power supply, and introduces the basic structure, working principle of IGBT, drive circuit, and briefly summarizes the IGBT module selection method and protection measures, etc., through the study of IGBT, to explore the IGBT are widely used in the field of contemporary induction heating and development prospects.KEY WORDS: Induction heating power supply, insulated gate bipolar transistor, IGBT drive circuit, protection circuit for IGB目录前言 (1)第1章感应加热电源的原理 (2)1.1 感应加热电源的基本知识 (2)1.1.1感应加热电源的优点及应用 (2)1.1.2 感应加热电源的基本原理 (2)1.1.3感应加热中的三种效应和穿透深度 (2)1.2 感应加热电源发展现状及趋势 (3)1.2.1感应加热电源频率划分 (3)1.2.2国外高频感应加热电源发展现状 (3)1.2.3国内高频感应加热电源发展现状 (4)1.2.4感应加热电源的IGBT (4)1.3本文研究的内容及任务 (4)1.3.1课题主要研究内容 (4)1.3.2课题目的和要求 (5)第2章IGBT的基本结构和工作原理 (6)2.1 IGBT的工作特性 (6)2.1.1 IGBT的基本结构 (6)2.1.2 IGBT的工作原理 (8)2.1.3 IGBT的工作特性 (8)2.2 IGBT工作原理 (10)2.2.1 IGBT工作方法 (10)2.2.2 导通 (11)2.2.3关断 (11)2.2.4 阻断与闩锁 (12)2.3 英飞凌FZ400R12KS4 (12)2.4 IGBT驱动电路 (12)2.4.1分立元件驱动电路 (13)2.4.2光电耦合器驱动电路 (13)2.4.3脉冲变压器直接驱动IGBT的电路 (14)2.4.4专用集成驱动电路 (14)第3章IGBT的保护电路设计 (16)3. 1 IGBT过压保护电路 (16)3.1.1 IGBT栅极过压保护电路 (16)3.1.2 集电极与发射极间的过压保护电路 (17)3.1.3 直流过电压 (18)3.1.4 浪涌过电压 (18)3.1.5 IGBT开关过程中的过电压 (18)3.2 IGBT过流短路保护电路 (19)3.2.1 IGBT过流保护的分类 (19)3.2.2 过流保护检测电路 (20)3.2.3 过流和短路保护措施 (20)3.3 IGBT过热保护电路 (21)3.4 IGBT欠压保护电路 (22)第4章IGBT的驱动电路 (23)4.1 IGBT的驱动要求 (23)4.2 驱动电路的隔离方式 (23)4.2.1隔离的重要性： (23)4.2.2. 集成光电隔离驱动模块HCPL-316J (23)4.2.2器件特性 (24)4.4.3芯片管脚及其功能介绍 (24)4.4.4 内部逻辑电路结构分析 (26)4.5 IGBT驱动电路 (27)第5章辅助直流稳压电源 (29)5.1辅助直流稳压电源方案的选择 (29)5.2本次设计用的电源 (29)5.2.1 18伏, 15伏稳压电压电源 (29)5.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源 (30)5.2.3 元器件选择及参数计算 (31)第6章功能仿真 (33)结论..................................................................... 错误!未定义书签。
IGBT驱动保护电路的设计和性能分析
IGBT驱动保护电路的设计和性能分析导言：功放电路是现代电子电路中的重要部分，它具有放大电能的功能。
不过，由于IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，隔离栅双极型晶体管）的特殊性质，其驱动电路设计必须考虑到保护电路的设计问题，保证IGBT运行的可靠性和安全性。
本文将详细介绍IGBT驱动保护电路的设计和性能分析。
一、IGBT驱动保护电路的设计1.UVLO是为了避免驱动电路在电源电压低于最低工作电压时失效。
其原理是在电源电压低于一定阈值时，电压比较器输出低电平，通过逻辑电路将IGBT的控制电压关闭，避免异常的驱动。
2.电源DC过压保护是为了防止IGBT在电源电压超过额定值时损坏。
一般采用电压比较器，当电源输入电压超过额定值时，比较器输出高电平，通过逻辑电路将IGBT的控制电压关闭。
3.电源DC过流保护是为了防止IGBT在电流超过额定值时过热损坏。
一般采用电流传感器对电流进行检测，当电流超过额定值时，传感器输出高电平，通过逻辑电路将IGBT的控制电压关闭。
可以选择恢复时间来控制保护的触发时间和延迟时间。
4.热保护是为了防止IGBT在温度过高时损坏。
可以采用热敏电阻或温度传感器来监测温度，当温度超过一定阈值时，通过逻辑电路将IGBT的控制电压关闭。
以上是IGBT驱动保护电路常用的保护功能，具体电路设计还需要考虑实际应用场景和对电路性能的要求。
二、IGBT驱动保护电路的性能分析1.保护触发时间：保护触发时间是指在保护条件满足时，保护电路能够及时启动保护动作的时间。
触发时间过长可能导致IGBT损坏。
因此，保护电路设计应尽量缩短触发时间，提高系统响应速度。
2.保护延迟时间：保护延迟时间是指在保护条件满足时，保护电路响应保护动作的时间。
正常情况下，IGBT驱动保护电路应尽量缩短延迟时间，减少IGBT受到异常电压或电流的影响。
但是，过小的延迟时间可能导致误触发保护，影响系统的正常工作。
详解三种IGBT驱动电路和保护方法
详解三种IGBT驱动电路和保护⽅法本⽂着重介绍三个IGBT驱动电路。
驱动电路的作⽤是将单⽚机输出的脉冲进⾏功率放⼤，以驱动IGBT，保证IGBT的可靠⼯作，驱动电路起着⾄关重要的作⽤，对IGBT驱动电路的基本要求如下：(1) 提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT可靠的开通和关断。
(2) 提供⾜够⼤的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT能迅速建⽴栅控电场⽽导通。
(3) 尽可能⼩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性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘。
(5) 具有灵敏的过流保护能⼒。
驱动电路EXB841/840EXB841⼯作原理如图1，当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us以后IGBT正常开通，VCE下降⾄3V左右，6脚电压被钳制在8V左右，由于VS1稳压值是13V，所以不会被击穿，V3不导通，E点的电位约为20V，⼆极管VD截⽌，不影响V4和V5正常⼯作。
当14脚和15脚⽆电流流过，则V1和V2导通，V2的导通使V4截⽌、V5导通，IGBT栅极电荷通过V5迅速放电，引脚3电位下降⾄0V,是 IGBT栅⼀射间承受5V左右的负偏压，IGBT可靠关断，同时VCE的迅速上升使引脚6“悬空”。
C2的放电使得B点电位为0V，则V S1仍然不导通，后续电路不动作，IGBT正常关断。
如有过流发⽣，IGBT的V CE过⼤使得VD2截⽌，使得VS1击穿，V3导通，C4通过R7放电，D 点电位下降，从⽽使IGBT的栅⼀射间的电压UGE降低 ,完成慢关断，实现对IGBT的保护。
由EXB841实现过流保护的过程可知，EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电压，6脚的电压不仅与VCE 有关，还和⼆极管VD2的导通电压Vd有关。
典型接线⽅法如图2，使⽤时注意如下⼏点：a、IGBT栅-射极驱动回路往返接线不能太长(⼀般应该⼩于1m)，并且应该采⽤双绞线接法，防⽌⼲扰。
b、由于IGBT集电极产⽣较⼤的电压尖脉冲，增加IGBT栅极串联电阻RG有利于其安全⼯作。
IGBT模块：技术、驱动和应用
IGBT模块：技术、驱动和应用IGBT模块是一种集成了多个功率晶体管的集成电路，它能够承受高电压和高电流，广泛应用于电力变换和工业控制领域。
IGBT模块的技术、驱动和应用，是电力电子学、微电子学和电气工程领域的重要内容。
本文将针对IGBT模块的技术、驱动和应用进行详细的分析和讨论。
一、技术1. IGBT的结构和原理IGBT模块采用了IGBT功率晶体管技术，是一种高功率半导体器件。
IGBT由P型掺杂的底部导电层、N型的发射区、P 型区域和N型区域组成。
IGBT的结构与三极管相似，但它在结构上融合了场效应晶体管（FET）和双极型晶体管（BJT）的优点。
IGBT的输出开关特性类似于MOSFET，控制端需要施加正向偏置电压才能开启它。
然而，IGBT模块的输出电容较大，需要控制端施加负向电压才能关闭它。
2. IGBT模块的特性（1）高平均功率：IGBT模块能够承受高电压和高电流，适用于高功率应用。
（2）低电压降：IGBT模块的导通电阻比较低，导通时的电压降较小。
（3）快速开关：IGBT模块的响应速度较快，可以实现高频开关。
（4）耐高温：IGBT模块的工作温度范围宽，可以在高温环境下工作。
3. IGBT模块的制造工艺IGBT模块的制造过程包括晶体管芯片制造、封装和模块组装三个步骤。
晶体管芯片制造是IGBT模块制造的核心，它需要进行掺杂、生长晶片、刻蚀和沉积等多个步骤。
封装使晶体管芯片和引脚封装在一起，并对晶片进行保护。
模块组装是将多个IGBT芯片、散热器和电容器等部件组合起来形成一个完整的IGBT模块。
组装包括焊接、粘接和测试等多个工序。
4. IGBT模块的散热和保护IGBT模块的高功率和高温度会导致散热问题。
散热系统需要有效地排放IC模块产生的热量。
通常采用散热片、散热器和风扇等来散热。
保护系统需要检测IGBT模块的输出信号和工作状态，并及时停止或调节当前的工作状态以保证工作的稳定性和可靠性。
通常采用过流保护、过压保护和过温保护等方式进行保护。
IGBT驱动的欠压保护电路及过流保护电路
IGBT驱动的欠压保护电路及过流保护电路作者：海飞乐技术时间：2017-06-19 14:321.欠压保护电路一般情况下，IGBT栅极电压V GE需要+15V才能使IGBT进入深饱和。
如果V GE低于10V时，IGBT将工作在线性区，并且很快因过热而被烧坏。
lGBT驱动要求电源电压为正电压不低于10V，负电压不低于-12V，一般欠压保护常用稳压管检测电源电压以保护IGBT。
欠压保护电路如图1所示，采用两只稳压值分别为12V和10V的稳压管Z1和Z2。
图1 欠压保护电路当正负电压均不欠压时，三极管Q6进入饱和导通，比较器LM193反向端电压被拉低，比较器正向电压由电阻分压得到，为5V左山。
所以比较器输出高电平，无欠压故障信号。
当正电压欠压时(低于10V)，10V稳压管Z2不能被击穿，使得Q6截止，比较器反向端电压升高，比较器输出低电平故障信号。
当负电压欠压时(低于-12V)，12V稳压管Z1阴极大于0，,使得Q6基极电压被拉低而截止，比较器也会输出电平故障信号。
2.过流保护电路通过对流保护检测及措施的研究，驱动电路采用如下过流保护电路：(1)采用饱和压降V CC(sat)检测法，来检测过流和短路情况，并且过流阈值可调，检测过流范围IGBT额定集电极电流1.2倍到10倍；(2)过流保护采用软关断的方法。
即检测到过流发生时，立即缓慢降低栅极电压，限制集电极电流继续上升，并软关断lGBT，经过固定延时后，再硬关断IGBT(此时软关断电路退出，保证故障情况下可靠关断IGBT)。
图2 过流保护电路图2所示为设计的过流保护电路。
其中RC_refA和PWM信号反向，与IGBT开通时，RC_refA变低，比较器正向端电压V ref由RCA端电压决定，其中通过改变RCA电阻和电容值，可以调节V ref大小以及参考时间长短(即电压下降时间)，V ref可调范围为0V-15V。
比较器反向端通过连接检测二极管来检测IGBT饱和压降，IGBT关断时检测的V ce(sat)上升到稳压管Z3电压10V。
一种简单的IGBT驱动和过流保护电路
一种简单的IGBT驱动和过流保护电路王永，沈颂华（北京航空航天大学，北京100083）摘要：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。
关键词：IGBT；驱动电路；过流保护中图分类号：TM131.4文献标识码：B文章编号：1001-1390（2004）04-0025-03Wang Yong，Shen Songhua(Beihang University，Beijing100083，China)Abstract:The infiuence of static state and dynamic characteristic by IGBT drive circuit and the reguirements for drive and over-current protection circuit are described.A new circuit of IGBT drive and over-current protection circuit with perfect performance is de-veioped.It based on the principie of coiiector-emitter saturation voitage-drop approxi-mateiy proportion to the coiiector current.Anaiysis and experiment resuits show that the new circuit has the advantages of simpie，reiiabie，great appiication vaiue and so on. Key words:IGBT；driving circuit；over-current protectionA simple IGBT drive and over-current protection circuit0前言绝缘门极双极型晶体管（Isoiated Gate Bipoiar Transistor）简称IGBT，也被称为绝缘门极晶体管。
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图 4 实际电路输出波形
5 结论
（1） 该驱动电路能够为 IGBT 提供＋15v 和－5V 驱动电压确 保 IGBT 的开通和关断。
（2）具有过流保护功能，当过流时，保护电路起作用，及时 的关断 IGBT，防止 IGBT 损坏。
（3）本电路的可根据负载的需要动态调节最大电流，可以 有很广的使用范围。
杜慧敏 韩俊刚 通讯地址：（ 710061 陕 西 省 西安 市 长 安南 路 563 号 西安 邮 电 学
各需要两个触发器来消除亚稳态问题，并且要尽量减少组合逻 院计算机系 NoC 研究室） 田 毅
辑。图 2 是写数据通道的 RTL 电路原理图。
(收稿日期:2009.05.03)(修稿日期:2009.06.05)
P ? C ?? f
（2）
2 IGBT 的过流保护
孙汉卿： 硕士
IGBT 的过流保护就是当上、下桥臂直通时，电源电压几乎
《P LC 技术应用 200 例》
邮局订阅号：82-946 360 元 / 年 - 279 -
电子设计
《微计算机信息》(嵌入式与 S OC )2009 年第 25 卷第 6-2 期
您的论文得到两院院士关注 文 章 编 号 :1008-0570(2009)06-2-0279-02
电子设计
IGBT 的驱动和过流保护电路的研究
Study on the IGBT driver on the circuit and over-current protection
(1.郑州大学;2.河南科技学院) 孙 汉 卿 1 袁 磊 1 余 周 2 雷 进 辉 2
件的使用手册。
（3）驱动功率的要求
IGBT 的开关过程要消耗一定的来自驱动电源的功耗，门 极正反向偏置电压之差为 ?? ，工作频率为 f ，栅极电容为
C ，则电源的最少峰值电流为
i ? ? ??
R
(1)
选择合适的门极串联电阻 R 对 IGBT 的驱动相当重要，R
驱动电源的平均功率为
对开关损耗的影响见图 1。
5 结果分析
本设计采用 ModelSim6.1F 仿真工具进行了功能仿真；用 (上接第 280 页)
根据以上的分析，本设计提出了一个具有过流保护功能的 光耦隔离的 IGBT 驱动电路，如图 2。
图 2 中，高速光耦 6N137 实现输入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，提高了 驱动能力，使之适合于大功率 IGBT 的驱动，过流保护电路运用 退集电极饱和原理，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，V1 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。利用集电极退饱和原理，D1、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 IGBT 关断时其集电极上的高电压窜入驱动电路。为了防止静 电使功率器件误导通，在 栅 源 之间 并 接 双向 稳 压 管 D3 和
Abstract: This paper discussed the IGBT drive circuit and the basic requirements of over-current protection, and then use IGBT collector retreat saturation principle, provide a use of discrete components constitute the IGBT driver circuits and over-current protection circuit. Simulation and test results proved that the design of the feasibility of driving circuit. Key words: IGBT; Driving Circuit; Over-current protection
微计算机信息，2001，12，17，37-38 [2]富士电机.用于隔离栅极双极性晶体管（IGBT）的富士混合 IC 驱动器手则[Z] .188-191 [3] 李爱文. 现代逆变技术及其应用 [M]. 北京：科学出版社， 2000,9.36-41 [4]Hefner A R. An Investigation of the Drive Circuit Requirements for the power IGBT [J].IEEE Transactions on Power Electronics , 1991, 6(2): 208-212. [5]华伟.IGBT 驱动及其短路保护电路 M57959L 研究[J].电力电 子技术，1998（10）.88-91. 作者简介： 孙汉卿（1981—），男，河南原阳人，硕士，主要从事超 高频串联谐振逆变技术的研究; 袁 磊（1981—），男，河南驻马 店人，硕士，主要从事射频电路阻抗匹配技术的研究; 余 周
技 术 创 新 ÁD4。R 是IGBT的门极串联电阻。
号。IGBT 的输出波形如图 3 所示：
图 3 IGBT 输出信号 根据前面的原理和分析，该电路的实际电路输出波形如图 4 所示：
图 2 IGBT 驱动和过流保护电路 正常工作时： 当控制电路送来高电平信号时，光耦 6N137 导通，V1、V2 截止，V3 导通而 V4 截止，该驱动电路向 IBGT 提供＋15V 的驱 动开启电压，使 IGBT 开通。 当控制电路送来低电平信号时，光耦 6N137 截至，V1、V2 导通。V4 导通而 V3 截止，该驱动电路向 IBGT 提供－5V 的电
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 I-V 运行轨迹限制在 IGBT 的短 路安全工作区 ，用在损坏器件之前，将 IGBT 关断来避免开关 管的损坏。
3 IGBT 的 驱 动 和 过 流 保 护 电 路 分 析
（4）本设计采用分立元件组成驱动电路，降低整个系统的 成本。
本文作者创新点：采用分立元件组成具有过流保护功能的 驱动电路，降低整个系统的成本。根据负载的需要动态调节最 大电流，可以有很广的使用范围。
当过流时：
参考文献
当电路出现短路故障时，上、下桥直通此时＋15V 的电压几 [1]王 永，刘志强，刘富贵.一种新型实用的 IGBT 驱动电路 [J] .
能，n+3 时刻发出写命令给 DDR SDRAM，n±4.25 时刻在数据出 Application Technology
现在数据线 DQ 上，而 DQS 的第一上升沿跳变出现在第一个数 （710061 陕西省 西安 市 西 安邮 电 大 学计 算 机 系）田 毅 杨 晓强
据的稳定值期间，然后从此开始以 2f0 的速率变化。 与读数据通道类似，数据在进入写数据通道的前后，两边
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 点的电位取决于 D1、R6、R7 和 v 的分压决定， 当主电路正常工作时，且 IGBT 导通时，A 点保持低电平，从而 低于 B 点电位，所有 A1 输出低电平，此时 V5 截止，而 C 点为 高电平，所以正常工作时，输入到光耦 6N137 的信号始终和输 出保持一致。当发生过流时，IGBT 集电极退饱和，A 点电位升 高，当高于 B 电位（即是所设置的电位）时，即是当电流超过设 计定值时，A1 翻转而输出高电平，V5 导通，从而将 C 点的电位 箝在低电位状态，使与门 4081 始终输出低电平，即无论控制电 路送来是高电平或是低电平，输入到光耦 6N137 的信号始终都 是低电平，从而关断功率管，从而达到过流保护。直到将电路的 故障排除后，重新启动电路。
技
1 引言
绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipo1ar Transistor，IGBT)
术
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
创
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
新
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。
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 R ，当 R 增大时，会使 IGBT 的通断时间延长，能耗增加； 而减少 R 又会使 di / dt 增高，可能损坏 IGBT，因此应根据 IG－ BT 电流容量和电压额定值及开关频率的不同，选择合适的 R ， 一般选 R 值为几十欧姆至几百欧姆。具体选择 R 时，要参考器
4 仿真与实验
（1964—），男，河南博爱人，硕士，副教授，主要从事信号处理、
本设计电路在 orCAD 软件的仿真图形如下：
计算机控制与应用的研究; 雷进辉（1980—）,男，河南洛阳人，学
向驱动电路输入，高电平为＋15v，低电平为－5v 的方波信 士，主要从事单片机技术的研究。
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