一种可以适用于大功率IGBT模块串联工作的新型驱动电路
一种新颖的IGBT串联电路
Ｏｃ ｔ ．２ ０１ ３
一
种 新颖 的 Ｉ ＧＢ Ｔ 串联 电路
李镇 福 ， 林 维明 ， 葛 良安 ， 姚 晓莉
（ １ ．福 州 大学 电 气工程 与 自动 化 学 院 ， 福建 福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ；
２ ．英 飞特 电子 （ 杭 州） 股份 有 限公 司 ，浙 江 杭 州 ３ １ ０ ０ ５ ３ ）
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ３ — １ ４ 基 金 项 目 ：福 建 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ２ ０ １ １ Ｊ ０ １ ２ ９ ４ ）
ｔ 。 之前 ： Ｑ 、 Ｑ ： 均 处 于关 断 状态 ，Ｑ 、 Ｑ 集一 射 极
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ ４ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ — ３ ０ ７ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ０ ５ ５ － ０ ４
１ 引 言
在 电力 有源 滤 波 器 、 高 压 微 型 电 网 系统 和 高 压 变 频器 等应 用场 合 中 ， 电压应 力 很 高 ， 现有单个 Ｉ Ｇ ．
第３ ２卷 第 ４期
２ ０ １ ３年 １ ０月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｅｎｅ ｒ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ２ ．Ｎｏ ． ４
路， 其辅 助 电路 中 的 电容减 慢 了 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的开关 速 度 ， 同时 电 阻 则 增 加 了 损 耗 。 变 压 器 耦 合 驱 动 均 压
法。 。 ’ 能有效 抑 制 由于 驱 动信 号 不 同 步 而引 起 的 电
一种适用于大功率IGBT模块串联工作的新型驱动电路
动电流， 采用光纤传输控制信号， 解决 了所有与 Ｍ ＳＥ Ｏ Ｆ Ｔ和 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ有 关的驱动、 保护和 电位 隔离 问题。应 用结果表明， 该驱动电路使 用简单、 可靠， 具有优 良的驱动和保护性能， 尤其是其联合运
用端 口的设计非常适用于 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ的串联使 用。采用 串 Ｉ Ｂ 联 Ｇ Ｔ作为刚管调制器的放 电开关， 解决 了单只 ＩＢ Ｇ Ｔ耐压不够的问题 。文 中还介绍 了Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ栅极驱动电路和 ＩＢ Ｇ Ｔ电压均衡电， 适用于大功率 、 高 耐压 ＩＢ Ｇ Ｔ模块 串 、 并联 电路 的驱动和保护。通过光 纤传输驱动及状态识别信号 ， 进行高压隔离传输 ， 具有 良好 的抗 电磁 干扰 性能和高 于 １Ａ 的驱动 电流。因 ５
维普资讯
雷达与对抗
２０ ０６年
第１ 期
一
种适 用 于大功率 ＩＢ Ｇ Ｔ模块 串联 工作 的新 型驱动 电路
陶小辉 ， 张建 华 ， 王旭 明
（ 华东电子工程研究所， 安徽 合肥 ２０３ ） ３０ １
摘
要： 介绍了一种基于 ＩＤ １Ｅ 构成的 Ｉ Ｂ 串 Ｇ ５５ Ｉ Ｇ Ｔ 联应 用的驱动 电路 ， 能够提供 最大 １Ａ的驱 ５
方法。 并给 出调 制 器的输 出波 形 。
关键词 ： 刚管调制器； 串联 Ｉ Ｂ ； Ｂ Ｇ Ｔ Ｉ Ｔ驱动电路 ； Ｇ 电压均衡 ； 光纤 中图分类号 ：Ｎ ５ 文献标识码： 文章编号 ： ０ ００ （０ ６ ０ — ０ ４ ｏ Ｔ ４４ Ａ １ ９— ４ １２０ ）１ ０ ６ 一 ４ ０
ｃｌ ｂｒ 自 ｆ ｅ ｉ
引 言
随着 电力电子技术的飞速发展 ， 特别是 Ｉ Ｂ （ｎ Ｇ Ｔ Ｉ — ｓｌｅ ａ ｉ ｌ ｒ ｓ ｔ ， ｕ ｔ Ｇ ｔ Ｂｐ ａ Ｔａ ｉｏ 绝缘栅双极 晶体管 ） ａｄ ｅ ｏ ｒ ｎ ｓｒ 和
大功率变频器IGBT并联驱动电路设计
• 153•大功率变频器IGBT并联驱动电路设计泰安众诚自动化设备股份有限公司 闫晓兵【摘要】在大功率变频器中，IGBT模块常因主控系统的延滞而影响其故障保护的时效性，甚至导致其工作电流超出安全工作区而损坏。
针对这种情况，本文设计了基于HCPL-316J的低成本、高可靠性驱动电路，详细讨论了IGBT并联中的稳态均流问题，重点分析了过流保护时驱动电路的工作过程。
并试制样机进行了测量验证。
【关键词】大功率变频器；IGBT驱动电路；HCPL-316J；过流保护；稳态均流1 引言绝缘栅型双极性晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor-IG-BT）是一种电压控制型功率器件，所需驱动功率小、控制电路简单、导通压降低，且具有较大的安全工作区和短路承受能力，在中功率及以上的逆变回路中得到广泛应用。
大功率变频器功率等级通常为几百甚至上千kW，主电路瞬时电流可达到数百安培以上，浪涌电压超几千伏，靠单个主开关器件来满足要求非常困难。
通常，电流越大的IGBT价格越高，可供选择的供应商越少，价格也居高不下。
这也加大了电源成本和驱动电路的复杂性，在试验阶段运行风险很大，可靠性不高。
而低电流的IGBT厂商较多量产时间久价格较低，采用多管并联提高电流定额以满足输出功率等级要求，具有很高的实际应用价值。
IGBT作为核心功率器件，其驱动电路对于功率变换器至关重要，直接决定了系统的可靠性和安全性。
如何有效地驱动和保护多个并联使用的IGBT，使其安全高效地工作，已成为当前电力电子领域的一个重要课题。
本文以HCPL-316J芯片为核心，设计了具有过流保护功能的驱动电路，详细分析了驱动电路的工作过程及过流保护过程，并进行了相应的实验验证。
2 IGBT的并联特性和通断过程并联的IGBT自身参数的不一致及电路布局的不对称性，会引起器件电流分配的不均衡，严重时会使器件失效甚至损坏主电路。
IGBT并联应用时，电流分配不均衡主要有两种：稳态电流不均衡和瞬态电流不均衡。
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。
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串联专用驱动-- PSD430-35驱动器使用手册
最小 14.5
参数 典型 15 100
+15 -8 30 0.9 0.7 100 150
10 47
2.0
最大 15.6 450
850
单位
mA mA V V A ns ns ns ns ns pF g
106h
3）应用
3
*高压变频器*电机驱动*铁路供电系统* *动力工程*雷达和激光技术* 2.PSD430-35 外形尺寸及引脚排列
制造厂家：云南领跑科技有限公司 地址：昆明市学府路 690 号金鼎科技园 18 号产业平台
13
23 CS 15V
22 E
E极
21 REF 过流门限设定
20 Sense 有源钳位输入
19 ME
VCE监测
3．应用举例 以下是 PSD430-35 的典型应用电路。电路 1 是驱动 1700V 大功率
IGBT 模块的运用电路，电路 2 是驱动 3300V 大功率 IGBT 模块的运用 电路，电路 3 是于驱动 3300V 的 IGBT 模块，电路 3 是串并联（多电平） 应用电路。
-55℃～+125℃
PSD430-35M
-60℃～+130℃
kHz V kV/us kV Ω Ω uC
℃
℃
特性指标
符号
VDC
ISO
VG(on) VG(off) IOMAX td(on) td(off)
tr(out) tf(out)
td(err) CPS W
MTBF
定义
DC/DC 供电电压 原边空载电流 原边最大电流 门极开通电压 门极关断电压 最大驱动电流 开通延迟时间 关断延迟时间 输出上升时间 输出下降时间 故障输出延迟时间 原副边耦合电容 重量 平均无故障时间 （Ta=40℃,最大负载）
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。
一种基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路
一种基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路数字可编程芯片是现代电子技术领域的一个重要研究方向，其能够提供高度可编程性、高集成度和高性能的优点。
其中，基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路是一个重要的研究方向。
本文将介绍一种基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路的设计与实现。
首先，我们需要明确什么是IGBT。
IGBT是一种综合了晶体管和场效应晶体管（FET）优点的功率半导体器件，其具有高速开关能力、低导通压降和较低开关损失。
基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路的设计，需要考虑以下几个方面：1. 信号采集和处理：数字可编程芯片可以实现多个模拟信号的采集和数字处理。
在IGBT驱动电路中，需要采集IGBT的电流、电压、温度等信息，对其进行数字处理，并输出给控制器。
2. 逆变器控制：逆变器是用于将直流电转换成交流电的电路，其需要通过IGBT实现相应的开关动作。
逆变器控制包括开关时间、占空比等参数的控制，以及保护电路的设计。
3. 整流电路设计：在IGBT驱动电路中，需要采用AC-DC变换器将交流电转换成直流电，以提供给逆变器。
整流电路的设计需要考虑输入电压、输出电流等因素，以及过流、过压保护等功能的设计。
基于以上要点，我们进行了一种基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路的设计和实现。
该电路采用Xilinx FPGA平台进行设计，借助于FPGA的高可编程性和集成度，实现了所有的控制和保护功能。
具体实现步骤如下：1. 信号采集模块：该模块采用模拟电路实现对IGBT的电流、电压、温度等信息的采集，通过模数转换转换成数字信号，并输入到FPGA中进行数字处理。
2. 控制模块：该模块实现逆变器控制，包括IGBT的开关时间、占空比等参数的控制。
同时，还实现了保护功能，包括过流、过压、过温等功能。
3. 交直流变换模块：该模块采用逆变器将输入直流电转换成输出交流电，并经过整流电路变换成直流电。
整流电路实现了输入电压、输出电流等参数的控制和保护。
大功率IGBT专用驱动器EXB841
近年来，新型功率开关器件ＩＧＢＴ已逐渐被人们所认识。
它具有输入阻抗高、驱动功率小、开关损耗小、工作电压低等特点。
与以前的各种电子开关器件相比，ＩＧＢＴ在综合性能方面占有明显的优势，它既有功率场效应管的高速开关性能，又有双极型晶体管的高压、大电流特点，因而被广泛应用于工作频率高 ，输出功率大的各类电力变换装置中。
ＩＧＢＴ 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给ＰＮＰ晶体管提供基极电流，使 ＩＧＢＴ 导通。
反之，加反向栅极电压消除沟道，流过反向基极电流，使ＩＧＢＴ关断。
ＩＧＢＴ对驱动电路的要求根据ＩＧＢＴ的特性，它的驱动电路应该满足以下要求：（ｌ）ＩＧＢＴ是电压驱动，具有一个２．５～５Ｖ的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此，ＩＧＢＴ 对栅极电荷非常敏感，这就要求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。
（２）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Ｖｇｅ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处于饱和状态，否则ＩＧＢＴ容易遭到损坏。
大功率ＩＧＢＴ专用驱动器ＥＸＢ８４１・郝 威 周学军 夏 栋・摘 要 本文介绍了集成化ＩＧＢＴ专用驱动器ＥＸＢ８４１的特点、典型应用及使用中应注意的问题，并对在“海缆无源探测研究”课题中使用该器件出现的问题进行了分析，给出了改进后的电路及实验结果。
（上接１１页）信号，配合Ｒ、Ｇ、Ｂ三种颜色而将色彩表现出来，最终把图像投射到屏幕上。
ＤＭＤ又称为固定像素显示器件，它被做成４∶３或者１６∶９的长方形，在ＤＭＤ单板芯片上的图像实际是相同的，只是很小而已（０．８英寸），所以我们通常讲ＤＭＤ的清晰度为多少水平像素×多少垂直像素，比如８００×６００、１０２４×７６８、１２８０×１０２４、１６００×１２００等。
串联igbt的一种新型单信号驱动电路
• 133•单个IGBT 的耐压水平有限，通常通过串联使用来提高耐压值。
在IGBT 的串联使用中，各个IGBT 的集电极和发射极两端电压不均衡是需要解决的关键性问题。
针对IGBT 串联中以往各种均压驱动技术，本文提出了一种串联IGBT 均压驱动的新思路，使用单一信号驱动串联IGBT 的设计方法，其电路结构简单可靠，均压效果理想，导通关断延时基本取决有IGBT 器件本身。
通过Multisim 软件进行了仿真，验证了可行性。
1 引言功率绝缘栅双极晶体管（insulate gate bipolar transistor ，IGBT ）为电压控制型器，其具有输入阻抗高、驱动功率小、导通电阻小、开关损耗低的特点，已经广泛应用于电力电子和高压变频等领域。
然而单个IGBT 器件的耐压值有限，IGBT 串联使用可以提高其耐压值，是现今最常用的方法。
在IGBT 的串联使用中，各个IGBT 的集电极和发射极两端电压不均衡是IGBT 串联使用中的关键性问题。
2 串联均压技术在IGBT 串联使用中，集电极和发射极两端电压不均衡有几个原因导致的（周晓畅，IGBT 串联型中压变频器关键问题研究[D].天津：天津大学电气工程与自动化学院，2011）：器件本身的参数不一致造成的开启和关断动作不一致；寄生电感和寄生电容不一致；由于驱动信号的延时不同而引起的开通和关断延时的不同；与IGBT 直接串联的外电路存在差异；分布电感、分布电容和串联模块的漏电流不一致。
串联IGBT 两端电压不均衡，会导致某些IGBT 因过压而损坏，严重影响到电路的安全工作。
针对IGBT 的工作过程，可以分为静态和动态两个过程进行均压分析。
静态均压最常用最有效的方法是并联均压电阻，在串联了均压电阻之后，静态均压效果能够达到令人满意的效果。
动态均压问题是串联IGBT 的关键问题，好为了达到较好的均压效果，针对IGBT 串联均压驱动技术，国内外学者进行了深入的研究，并提出了多种解决方法，这些方法主要分为缓冲电路均压法、栅极端控制均压法和电压钳位电路均压法三类（刘磊，IGBT 串联均压技术的研究[D].南京：南京航空航天大学自动化学院，2009；梁昊，IGBT 串联模块化的研究[D].杭州：浙江大学电气工程学院，2012），其各有优缺点。
一种便于串联使用的大功率IGBT模块[发明专利]
![一种便于串联使用的大功率IGBT模块[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2241f416910ef12d2bf9e7a9.png)
专利名称：一种便于串联使用的大功率IGBT模块
专利类型：发明专利
发明人：唐新灵,莫申杨,崔翔,赵志斌,张朋,李金元,温家良申请号：CN201610262592.3
申请日：20160425
公开号：CN107305886A
公开日：
20171031
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种便于串联使用的大功率IGBT模块，包括功率子单元、金属电极板和外部管壳；金属电极板设置在外部管壳的底部；外部管壳包括两列方形框架；两列方形框架之间留有空间形成一个条状框架；功率子单元设置在方形框架内且与金属电极板紧密接触，其包括金属端盖、栅极PCB板、辅助栅极PCB板和多个功率半导体芯片；辅助栅极PCB板设置在条状框架内；金属端盖、金属电极板和栅极PCB板分别与功率半导体芯片的集电极、发射极和栅极电气连接。
与现有技术相比，本发明提供的一种便于串联使用的大功率IGBT模块，既有利于功率半导体器件的串联，同时不需要太大的钳位压力，降低了功率半导体器件在实际应用过程中对机械结构的要求。
申请人：华北电力大学,全球能源互联网研究院,国家电网公司
地址：102206 北京市昌平区北农路2号
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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一种基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路
一种基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路随着科技的不断进步，数字可编程芯片越来越成为很多领域的新宠。
在大功率IGBT驱动电路中，数字可编程芯片也得到了广泛的应用和发展。
本文将对一种基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路进行介绍。
传统的大功率IGBT驱动电路通常需要一些电路板和电路元件才能达到想要的效果。
而基于数字可编程芯片的驱动电路可以帮助我们实现集成进一块PCB中，从而更加便于使用和维护。
这种驱动电路可以集成很多的功能，如失速保护、短路保护、过压保护等等，还可以支持IC，CPU等控制器，非常灵活。
该驱动电路的核心是数字可编程芯片，其中心的芯片可以支持多种不同的通信协议，如SPI通信，I2C通信，CAN总线等等。
这样就可以更加方便地将驱动电路集成到不同的系统中，并且与控制器进行通信。
在大功率IGBT驱动电路中，安全性和稳定性非常重要。
因此，该驱动电路使用了一些有效的安全保护措施。
例如，它可以编程不同的控制参数来保证运行的安全和稳定。
同时，该驱动电路还可以检测在操作过程中的失速和短路情况，以及进行严格的电压测量和控制。
这种安全保护措施可以确保在不同的工作条件下，保持驱动电路的安全和可靠性。
此外，该驱动电路还具有灵活可调的功能。
例如，可以调整输入和输出信号的逻辑水平，以适应不同的系统要求。
此外，还可以进行特定的配置和控制，以满足设备的特殊需要。
总的来说，基于数字可编程芯片的大功率IGBT驱动电路提供了一种高效、可靠和灵活的解决方案。
它能够集成很多的特性和功能，可以满足不同的应用要求。
此外，该驱动电路还具有很高的自适应能力，因此，无论是在高温还是低温环境下，都能保证其性能。
一种用于大功率IGBT的驱动电路
V 1引言IGBT 是MOSFET 和双极晶体管的复合器件。
它既有MOSFET 易驱动的特点，又具有功率晶体管高电压、大电流等优点。
正常情况下工作频率为几十kHz ，多用在频率较高的应用场合，中、大功率应用占据着主导地位。
IGBT 和其它电力电子器件一样，实用性还依赖于电路条件和开关环境，性能优良的驱动是保证IGBT 高效、可靠工作的必要条件。
在设计工作中IGBT 的驱动电路是电路设计的难点和关键。
本文对IGBT 的开通与关断过程、控制特性进行了分析研究，介绍了一种对称栅极控制驱动电路的设计方法。
2IGBT 栅极控制特性IGBT 模块的开关行为（导通和关断）取决于它的结构、内部电容（电荷）以及内部和外部阻抗。
当需要计算IGBT 驱动电路的输出功率时，关键的参数是栅极电荷，栅极电荷由等效输入电容C GC 和C GE 决定，如图1所示。
导通过程可分为三个阶段，分别为栅极-发射极电容充电阶段、栅极-集电极电容充电阶段和栅极-发射极电容充电直到IGBT 完全饱和阶段。
2.1IGBT 的开通过程IGBT 开通与关断时动态波形如图2所示。
在t 0时刻，触发脉冲上升沿作用于栅极，栅极电流I G 对输入电容C GE 充电，V GE 并不能垂直上升，当V GE 在t 1时刻达到栅极阈值电压V GE （th ），此阶段无集电极电流流过，并且V CE 与V CC 相等。
从t 1时刻开始，集电极电流I c 从0开始上升，同时也在L E 上感应出一个反电势，随I c 的上升而一种用于大功率IGBT 的驱动电路王方1，党怀东2，杨有涛2，张婉3（1.兰州长城电工股份有限公司，甘肃兰州730000；2.天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水741020；3.兰州市市政工程管理处，甘肃兰州730000）摘要：对大功率IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor ，绝缘栅双极型晶体管）的开关特性、驱动波形、驱动功率、布线等方面进行了分析和讨论，介绍了一种用于大功率IGBT 的驱动电路。
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一种可以适用于大功率IGBT模块串联工作的新型驱动电路随着电力电子技术的飞速发展,特别是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极晶体管)和MOSFET (Metallic oxide semiconductor field effecttransistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)等高频自关断器件应用的日益广泛,驱动电路的设计就显得尤为重要。
本文介绍了一种以CONCEPT公司的IGD515EI驱动器为主要器件构成的驱动电路,适用于大功率、高耐压IGBT模块串、并联电路的驱动和保护。
通过光纤传输驱动及状态识别信号,进行高压隔离传输,具有良好的抗电磁干扰性能和高于15A的驱动电流。
因此,该电路适用于高压大功率场合。
在隔离的高电位端, IGD515EI内部的DC-DC电源模块只需一路驱动电源就能够产生栅极驱动所需的±15V电源。
器件内还包括功率管的过流和短路保护电路,以及信号反馈检测功能。
该电路是一种性能优异、成熟的驱动电路。
二、IGD515EI在刚管调制器中的应用雷达发射机常用的调制器一般有三种类型:软性开关调制器、刚性开关调制器和浮动板调制器。
浮动板调制器一般用于控制极调制的微波电子管,而对于阴调的微波管则只能采用软性开关调制器和刚性开关调制器。
由于软性开关调制器不易实现脉宽变化,故在阴调微波管发射机的脉宽要求变化时,发射机的调制器往往只能采用刚性开关调制器。
刚性开关调制器又称刚管调制器,刚管调制器因其调制开关可受控主动关断而得名。
因此,采用这种调制器发射机脉宽可实现脉间变化。
IGBT属于场控功率管,具有开关速度快、管压降小等特点,在刚管调制器中得到越来越广泛的应用,但其触发电路设计以及单只IGBT有限的电压和电流能力是其推广应用的难点。
方案采用IGD515EI,加入相应的外围电路,构成了IGBT驱动电路,通过IGD515EI的34脚(SDSOA)多管联用特性端实现两管串联应用,解决了IGBT单管耐压不高的问题。
IGBT驱动电路如图1所示。
驱动信号通过光纤接收器HFBR-2521送给驱动模块,驱动模块报故障时通过光纤发射器HFBR-1521送出故障信号给控制电路,由控制电路切断所有IGBT驱动电路的驱动信号,各个IGD515EI同时输出-15V的负偏压,各个IGBT同时关断,避免个别器件提前关断,造成过压击穿。
图1 IGBT驱动电路2. 1 IGBT驱动器电源设计由于IGD515EI只需要单路电源供电,在输入端的10脚(VCC)和9脚(GND)接入+15V电源,由模块内部通过DC/DC变换产生±15V和+5V输出,为光纤发射器、接收器以及输出电路提供电源。
因而对每个处于高电位的驱动电路来说,只需提供一个15V电源即可,便于做到电位隔离。
2. 2 IGBT栅极触发电路设计驱动器的25脚(G)输出的驱动电压为±12V~±15V,这取决于电源电压;也可不产生负的栅极电压,这要由具体的应用和所使用的功率管决定。
最大栅极充电电流是±15A,充电电流由外接的栅极电阻限定。
如果将25脚G通过电阻直接与IGBT:G相连,IGBT的驱动波形上升沿较大,但IGBT导通后上升较快,如图2所示;图2 IGD515EI输出端不加MOS管时IGBT的驱动波形(-14V~+12V, 5V/div, 5μs/div)如果在25脚与IGBT:G中间串入一只MOS管,进行电流放大,可有效地减小IGBT驱动波形的上升沿,缩短IGBT的导通过程,减小IGBT离散性造成的导通不一致性,减小动态均压电路的压力,但IGBT导通后上升较慢,其波形如图3所示。
图3 IGD515EI输出端加MOS管时IGBT的驱动波形(-14V~+12V, 5V/div, 5μs/div)2. 3 IGBT过流检测及保护电路参数的选择(1)响应时间电容和中断时间电容选择功率管,特别是IGBT的导通需要几个微秒,因此功率管导通后要延迟一段时间才能对其管压降进行监测,以确定IGBT是否过流,这个延迟即为“响应时间”。
响应时间电容CME的作用是和内部1. 5kΩ上拉电阻构成数微秒级的延时ta,CME的计算方法如下:在IGBT导通以后,通过IGD515EI内部的检测电路对19脚的检测电压(IGBT的导通压降)进行检测。
若导通压降高于设定的门限,则认为IGBT处于过流工作状态,由IGD515EI的35脚送出IGBT过流故障信号,经光纤送给控制电路,将驱动信号封锁一小段时间。
这段时间为截止时间tb,大小由20脚(Cb)与24脚(COM)之间外接的电容Cb确定。
对于给定的截止时间,则Cb由下式确定:试验中,我们选择Cbmax=470nF,此时截止时间为33. 65ms。
需要说明的是,通过调整19脚的外接电阻的阻值,可以调整检测的门限电平。
2. 4 IGBT的串联(1)串联IGBT电压均衡串联IGBT工作的一个重要方面是对由于器件的离散特性与驱动电路的不匹配在器件两端引起的静态和动态不均衡。
静态均衡可以在IGBT的C、E两端并联阻值较大的电阻R4来实现,如图4所示。
通过并联电阻的分压,保证在IGBT关断期间每只IGBT两端的电压相等。
该电阻必须参考IGBT的漏电流,在此基础上进行合适的选择,要使流过分压电阻的电流比IGBT的最大漏电流大若干倍,同时要注意均压电阻的阻值不能过分小,以免增加功率损耗。
动态均压电路由图4中的D1、R1、C1组成。
在IGBT开始关断或开始导通时,由于IGBT 导通的离散性,必然有个别IGBT提前导通或提前关断,在迟后导通和提前关断的IGBT两端,必然会产生尖峰电压,在IGBT的两端通过D1并联电容C1,使尖峰电压必须先对C1充电,这样IGBT两端的尖峰电压的上升速度受到C1的限制,并可由并联在每个IGBT两端的C1分压,由C1实现对动态尖峰电压的均衡。
在IGBT导通期间,由于D1的单向导电特性, C1通过R1、IGBT将储存的电荷放掉,以便吸收IGBT下次关断时产生的浪涌电压。
选择R1时要考虑C1的放电时间常数,确定合适的阻值。
图4 IGBT的均压电路对于串联IGBT来说,其动态不均压最为严重的情况是由于IGBT导通延迟时间的差异引起的,在动态均压效果良好的情况下, IGBT上的电压变化将受到C1的限制。
设每个IGBT能够承担的额外的电压能力为△UIGBT,在串联IGBT未完全导通时刻回路中的电流(可用IGBT 完全导通时刻回路中的放电电流代替)是I,设该IGBT相对于其它IGBT的导通迟后的时间是△t,则均压电容C1应满足下式要求:C1=I△t/△UIGBT而△UIGBT=VIGBT-UN/nVIGBT是IGBT的额定工作电压,UN是串联IGBT的工作电压,n是IGBT的串联数量。
根据上式可求出均压电容C1,对R1的取值既要保证3R1C1≤脉冲宽度τ,以便在脉内使电容C1上的电荷通过R1放完,同时还要使其起到限流作用,即尽量取得大一些。
(2)串联IGBT的保护在多只IGBT串联时,将IGD515EI的34脚(SD-SOA)应接入+5V。
这样,即使某个IGBT发生故障,故障的IGBT也不会提前关断,而是将故障信号通过光纤送给控制电路,由控制电路关断所有IGBT的驱动信号,所有的IGBT同时关断,即使在出现故障的情况下也要保证串联IGBT关断的一致性。
为了防止IGBT栅极过压,采用如图1中D1、D2背对背15V稳压管。
为了防止IGBT过热,在IGBT的散热器上加温度继电器。
同时,采用互感器检测通过IGBT的电流,检测的信号送至比较器与设定的电平值相比较。
电流超过设定值时就输出过流信号,由控制电路关断IGBT 的驱动信号。
2. 5 IGD515EI使用的注意事项(1) 10脚VCC与9脚GND之间的电容量不能比23脚Cs端与24脚COM端之间的电容容量小,并且该电容容量要小于250μF。
(2) IGD驱动器同功率管之间连线应该尽量短,不能超过10cm。
连接每个功率管栅极、发射极,测量脚(漏极,集电极)的引线应采用绞合线。
(3)尽量减小电路的寄生电感。
在我们设计的调制器中,将驱动电路和均压电路设计成印制板,直接安装在IGBT的管脚上,这样可减小由于分布电感引起的反电势过大现象。
(4)光纤发射端的限流电阻取值要合适,如果限流电阻偏大,光纤发射电流不够,次级有毛草,影响模块的输出脉冲。
(5)模块25脚G外接的限流电阻不宜太小(不能小于1Ω),视所驱动的功率管决定。
(6)当给模块提供+15V电源、无驱动信号时,IGBT的G、E之间是-15V电平。
正常工作时, IGBT的G、E之间脉冲如图5所示。
图5 IGD515EI输出的IGBT驱动波形3 试验结果最初我们使用2只IGBT模块串联作为刚管调制器的放电开关,工作电压为2kV,前沿<0. 2μs,波形如图6所示。
该调制器连续工作数十小时,输出波形稳定可靠,证明驱动电路参数选择合理。
将取得经验和试验数据应用于10只IGBT串联,工作于8kV的刚管调制器中也取得了良好的效果,其波形与图6类似。
图6 调制器输出电压波形(500V/div, 5μs/div)4 结束语利用IGD515EI构成串联IGBT模块的驱动电路,具有良好的驱动特性,输出的正向栅极电压和反向栅极电压均能满足要求。
该驱动电路只需一个驱动电源,克服了以往模块驱动中外接电源较多的缺点。
IGD系列驱动模块简化了IGBT模块的驱动电路设计,在实际应用中相当稳定。
目前,在开关电源、逆变器等设备的设计中也得到了广泛应用。