全桥逆变电路IGBT模块的实用驱动设计
全桥逆变IGBT驱动及保护的高压电源电路设计
柯 片设 计
了频 率 、 占空 比等 参数 可调 的 方 坡 产 生 电路 ； 基于 ＿ 圯 乜 耦 合 器６ ＮＩ ３ ７对驱 动 波 形 进 行 了四 路 隔 离输 出 ． 并 加
八 ｍ 负 乜压 防 止 Ｉ Ｇ Ｂ ｒ ｒ 误导通 ； 采 用 霍 尔 电流 传 感 器 直接 检 测 主 电路 电 流 ， 设 计 了过 流 保 护 、 ｛ 三 路， 过 流信 号可 、 旬触 发 器 锁 定． 由此 构 建 的 高压 电 源 ， 其 输 出 电压 和 频 率 均 连 续 可调 ． 池
分， 为保 ｝ ｉ 卜 主电路 功 率模块 的 ｌ １ Ｊ 靠运 ｆ ， 需要 没 性 能 良 的 Ｉ （ ； Ｂ Ｔ 动及 护 电路 。 ． 过 去常 他
驱 动 电路或 集成 驱 动 ， 动 及保护 辅 助 『 乜路 过 于 复 ， 接 几干 ¨ 参数 ／ ｆ 便调整， 成 小较 高 。 ． 如ｆ Ｉ Ｊ Ｊ 彳 效 的驱 动 并保 护功 率器 什 ， 提Ｊ Ｉ ‘ 动 及保护 ｒ ｔ ｋ 路 的通 『 ｝ 】 性币 ¨ 扩 允能 力 ， 优 化 休 结 构 ， 降 低 产 成 本 郡址 精必要
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＾ 构 简 、 ｆ １ ． 、 功 牢 器什 少 ｌ Ｉ ＿ 功 率 管 承受 的 Ｉ 乜Ｊ 心 小 ， 划 广 泛 使 膜
绝缘 栅 双微 型 Ｉ 体 管 （ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｇ ａ ｔ ｅ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｉ ’ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｓ ｉ ｓ ｔ ｍ ’ ， Ｉ （ ． Ｂ １ 、 ） 等功 牢 器件 是 个逆 变 电源 的 恢 心 部
应管 （ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｇ ａ ｌ ｅ ｍｈ ｉ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｈ ＇ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｍ ， ｝ 一 Ｅ ｒ ） 和 Ｉ （ ｒ ＿ Ｉ Ｇ — Ｂ Ｔ兼 （ Ｒ和 Ｉ Ｇ Ｆ Ｅ Ｉ 、 闪 种 肝 火管 的优 ・ ， Ｉ ＝ ！ ｌ １ 动 功 半 小
一种逆变CO2焊机IGBT驱动电路设计
Ｄ Ｐ之 间 的相 互 干 扰 以及 逆 变 主 电路 强 电 串人 控 Ｓ 制 电路 ， 造成 信号 紊乱 、 坏器 件 ， 损 不仅 需要 在驱 动 电路 的输 出端 进行 电气隔 离 ， 也需 要考 虑在 驱 动 电
图 ２ ｅ Ｗ Ｍ 与 Ｉ Ｔ驱 动所 需 Ｐ Ｍ Ｐ ＧＢ Ｗ
（） 极 电压＋ ｃ 一 对 Ｉ Ｂ １ 栅 Ｕ， ｒ ／ Ｇ Ｔ开通 的影 响 。
根据 ＩＢ Ｇ Ｔ通 态 电压 与栅 极 电压 的关 系可 知 ， 当＋ 增加 时 ， ％ 通态 电压和开通 损耗都 呈下 降趋 势 。
主 从触 发 器 （Ｄ ０ ７组 成 ， 图 ３所示 。 Ｃ ４ ２） 如 首先 将 触
ＰＷＭ ｊ
发器 的 Ｑ１ 出端 反馈 回输 入端 Ｊ ， 触发 器的 Ｑ 输 ｌ将 １ 输 出端反 馈 回输 入端 Ｋ ， １ 同时 ，Ｐ ｅ ＷＭ１ 脚输 出 的 引
４ Ｈ 的 Ｐ ０ｋ ｚ ＷＭ 信 号作 为 触发 器 的 时钟 输入 端 ， 上
定 工作 电压 ｌ ０ Ｖ， ０ 推荐驱 动信号正偏 压 １ － ５Ｖ， ２ ３ １ 负偏 压一 ３ ＿ ５ 图 ２为 焊机控 制 部分 Ｄ Ｐ输 出 ｌ ￣ １ Ｖ。 Ｓ 的 ｅ ＷＭ１和 ｅ ＷＭ２信号 和 希望 最 终 得 到 的用 于 Ｐ Ｐ 驱 动 Ｉ Ｂ ｌＩ Ｂ ４ Ｐ Ｇ Ｔ～Ｇ Ｔ 的 ＷＭ１ Ｐ ￣ ＷＭ４的信 号 波形 示 意 ， 图 ２可 知 ， 由 同一 桥 臂 的 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ开 通 和 关 断 必 须 有 一定 的死 区时 问 ， 防止桥 臂 直通 ， 坏 电路 ， 损 另 外 ＩＢ Ｇ Ｔ的开通 和 关 断时 间 越短 越好 。 设 计驱 动 在
igbt模块逆变器电路图大全（六款igbt模块逆变器电路设计原理图详解）
igbt模块逆变器电路图大全（六款igbt模块逆变器电路设计原理图详解）igbt模块逆变器电路图设计（一）太阳能光伏发电的实质就是在太阳光的照射下，太阳能电池阵列（即PV组件方阵）将太阳能转换成电能，输出的直流电经由逆变器后转变成用户可以使用的交流电。
以往的光伏发电系统是采用功率场效应管MOSFET构成的逆变电路。
然而随着电压的升高，MOSFET的通态电阻也会随着增大，在一些高压大容量的系统中，MOSFET会因其通态电阻过大而导致增加开关损耗的缺点。
在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET，因为绝缘栅双极晶体管IGBT通态电流大，正反向组态电压比较高，通过电压来控制导通或关断，这些特点使IGBT在中、高压容量的系统中更具优势，因此采用IGBT构成太阳能光伏发电关键电路的开关器件，有助于减少整个系统不必要的损耗，使其达到最佳工作状态。
在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET。
图1：太阳能光伏发电流程IGBT逆变器的工作原理逆变器是太阳能光伏发电系统中的关键部件，因为它是将直流电转化为用户可以使用的交流电的必要过程，是太阳能和用户之间相联系的必经之路。
因此要研究太阳能光伏发电的过程，就需要重点研究逆变电路这一部分。
如图2（a）所示，是采用功率场效应管MOSFET 构成的比较简单的推挽式逆变电路，其变压器的中性抽头接于电源正极，MOSFET的一端接于电源负极，功率场效应管Q1，Q2交替的工作最后输出交流电力，但该电路的缺点是带感性负载的能力差，而且变压器的效率也较低，因此应用起来有一些条件限制。
采用绝缘栅双极晶体管IGBT构成的全桥逆变电路如图2（b）所示。
其中Q1和Q2之间的相位相差180°，其输出交流电压的值随Q1和Q2的输出变化而变化。
Q3和Q4同时导通构成续流回路，所以输出电压的波形不会受感性负载的影响，所以克服了由MOSFET构成的推挽式逆变电路的缺点，因此采用IGBT构成的全桥式逆变电路的应用较为广泛一些。
IGBT驱动电路原理及设计方案方法
IGBT驱动电路原理及设计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。
■- ■ ―- ■ —«■www.d i angon. com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、I GBT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。
IGBT模块的一种驱动设计
输 入 通 道 不 起 作 用 。 若 ＤＥＳＡＴ 检 测 到 过 流 信 号 （ ＤＥＳＡＴ 端 电 压 超 过 ７ Ｖ） ， 则 ＦＡＵＬＴ 为 高 电 平 。 该信号经内部逻辑一方面闭锁驱动器输出及 ＬＥＤ１ 的输入信 号， 另一方 面使 ＬＥＤ２ 导 通 ， ＲＳ 触 发 器 输 出 端 Ｑ 为 高 电 平 ， 故 障 输 出 ＦＡＵＬＴ 为 低 电 平， 通知外部微机。当 ＩＧＢＴ 发生过流， 驱动器输出 电 平 下 降 ， 使 ＩＧＢＴ 软 关 断 ， 以 避 免 突 然 关 断 时 因 产生过 压而导致 ＩＧＢＴ 损 坏 。 另 外 ， 由 于 故 障 输 出 端 ＦＡＵＬＴ 为 集 电 极 开 路 ， 可 实 现 多 个 器 件 的 ＦＡＵＬＴ并 联 到 微 机 上 。
光 电 耦 合 驱 动 器 件 的 输 入 、输 出 都 是 有 源 的 ， 其 正向脉冲及负向闭锁脉冲的宽度不受限制， 可容易 地通过检测 ＩＧＢＴ 通态集电极电压实现过流及短路 保护，并向微处理器发出过流报警信号。
ＨＣＰＬ－ ３１６Ｊ 的 主 要 特 征 ： １６ 引 脚 双 列 直 插 封 装 ； 可 驱 动 １５０ Ａ／１ ２００ Ｖ 的 ＩＧＢＴ； 宽 电 源 电 压 范 围为 １５ Ｖ～３０ Ｖ； 最大开关时间为 ０．５ μｓ； 死区时间 为 ２ μｓ； 兼容 ＣＭＯＳ／ＴＴＬ 电平； 具有光隔离、故障状 态反馈功能； ＩＧＢＴ “软”关断； ＶＣＥ 欠饱和检测及带 滞 环 欠 压 锁 定 保 护 ； 用 户 可 配 置 自 动 复 位 、自 动 关 闭。最小共模抑制 １５ ｋＶ／μｓ（ ＶＣＭ＝１ ５００ Ｖ 时） ； 具有 过流关断、欠压封锁功能； 当线路过流或 ＶＣＣ 欠压时 可自动闭锁所有输出， 并发出报警信号；当高侧的悬 浮偏置电压源欠压时， 可通过其内部的欠压自锁电 路将 ３ 路高侧输出封锁。
如何设计出简单实用的IGBT驱动电路
如何设计出简单实用的IGBT驱动电路？2014-07-23来源：电子信息网分析IGBT驱动条件后再介绍几种常见IGBT驱动电路，并给出各自电路的优缺点，本文自行设计了的一种简单、实用的新型IGBT驱动电路。
实践表明，该电路经济、实用、安全、可靠，同时具有优良的IGBT过电流保护功能，应用前景好。
绝缘门极双极型晶体管(Isolated Gate Bipolar Transistor)简称IGBT。
也称绝缘门极晶体管。
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，它是八十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，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，在电机驱动、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBT有取代MOSFET和GTR的趋势。
但在IGBT实际应用中一个要重点考虑的问题是其栅极驱动电路设计的合理与否，在此我们自行设计了一种简单尔实用的驱动电路，并取得了很好的效果。
IGBT的驱动条件IGBT的驱动条件与它的静态和动态特性密切相关。
栅极的正偏压+VGE、负偏压-VGE和栅极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dVCE/dt等参数都有不同程度的影响。
门极驱动条件与器件特性的关系如表1所示。
表1 门极驱动条件与器件特性的关系当VGS增加时，通态电压下降，IGBT的开通能量损耗下降，但是VGE 不能随意增加，因为VGE 增加到一定程度之后对IGBT的负载短路能力及dVCE/dt电流有不利影响。
负偏压-VGE的影响负偏压也是很重要的门极驱动条件，它直接影响IGBT的可靠运行。
虽然-VGE 对关断能耗没有显著影响，担负偏压的增高会使漏极浪涌电流明显下降，从而避免过大的漏极浪涌电流使IGBT 发生不可控的擎住现象。
门极电阻RG的影响门极电阻增加，使IGBT的开通与关断能耗均增加，门极电阻减小又使di/dt 增大，可能引发IGBT 误导通，同时RG上的能耗也有所增加。
IGBT模块：技术、驱动和应用课件：基本电路与应用实例
DC-AC逆变器
相对于两电平逆变器，三电平逆变器有许多优点 损耗降低 输出滤波器更小 输出电压或电流的失真度降低 电磁兼容（EMC）性能得到提升 系统成本降低
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
DC-AC逆变器
三电平模块/三电平桥臂
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简介
换流：在变换器的运行期间（通常）电流周期性的从一个
半导体开关换流到另一个半导体开关。这个过程被称为电 流换流或换流。
外部换流 内部换流
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主动前端：IGBT 辅助主动开关
AC-DC整流器和制动斩波器
启动时：每个辅助开关分别与相对应的开关VT1、VT3和VT5共 发射极串联连接，通过PWM控制给直流母线充电，这样就可以限制 电力半导体器件的电流。
正常工作：辅助开关开通（引入额外通态损耗，提高驱动电压）
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制动斩波器 消耗再生制动能量
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AC-DC整流器和制动斩波器
主动前端：SCR
不需要制动电阻 再生的能量反馈到电网
需要有源逆变单元 机构和控制复杂 存在换流失败的可能
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U out
IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计
IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计无源逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置。
在无源逆变器中，使用单相电压型全桥拓扑结构，其中IGBT是指绝缘栅双极型晶体管，具有高电压和高电流开关特性。
本文将详细设计IGBT单相电压型全桥无源逆变电路。
设计要求：1. 输入电压：直流电压为Vin。
2. 输出电压：交流电压为Vout，频率为f。
3.负载：纯电阻性负载。
电路原理：1. 在每个IGBT导通期间的2/3时间内，两个IGBT之一导通，直流电压Vin流过负载。
2.在导通的另外1/3时间内，两个IGBT同时导通，负载两端电压降为零。
电路结构：1.两个开关电路串联：IGBT1和IGBT4、IGBT3和IGBT22.两个共享电压元件：一个直流电源和一个电感。
电路设计：1.选择IGBT：根据输入电压和负载电流选择IGBT，确保IGBT的电流和电压额定值工作在安全范围内。
2.选择电感：根据电压和电流需求选取合适的电感，它能平滑电路的工作并提供稳定的电流输出。
3.选择电容：选取合适的电容来平滑输出电压。
4.选择二极管：选择合适的二极管防止反向电流损坏电路。
参数计算：1. 选择输入电压Vin。
2. 根据输出电压Vout和负载电流计算负载电阻Rload。
3. 根据输出电压Vout和负载电流计算功率P。
4.根据频率f和功率P计算电感L和电容C的值。
原理图设计：根据电路设计和参数计算结果，绘制原理图。
确保各个组件的连接正确并保证整个电路的工作稳定。
电路实现：将电路原理图转换为实际的电路板。
在实际实施中，要注意电路的布局合理性、组件之间的联接可靠性，以确保电路能够正常工作。
性能测试：测试电路的性能，包括输出电压和电流的波形、频率和效率。
如果有必要，可以进行调整和改进。
总结：。
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。
一种IGBT全桥逆变驱动电路的设计
２ ． Ｇｒ ｅ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｉ ｎ ｃ ．ｏ ｆ Ｚ ｈ ｕ ｈ ａ ｉ ， Ｚ ｈ ｕ ｈ ｉ ａ ５ １ ９ ０ ７ ０ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
（ １ ．上海理工大学 电气工程 系，上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ；２ ． 珠 海格力电器股份有限公司 Байду номын сангаас广东 珠海 ５ １ ９ ０ ７ ０ ）
摘
要 ：简单 阐述 了２ Ｓ Ｃ ０ ４ ３ ５ Ｔ模 块 的特 点 和 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的 Ｈ 桥 互 锁 电路 的特 点 。 以 ２ Ｓ Ｃ ０ ４ ３ ５ Ｔ为 核
２ ０ １ ４ 年第１ ０ 期
文章编号 ： １ ０ ０ ９— ２ ５ ５ ２ （ ２ ０ １ ４ ） １ ０— ０ １ ２ ５— ０ ４ 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ３ ８ ６ ． ２ 文献 标 识 码 ： Ａ
一
种 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ全 桥 逆 变 驱 动 电路 的 设 计
，付 橙 刘 牮 ，布晓萌 ， 雷 龙２
关键 词 ：２ Ｓ Ｃ ０ ４ ３ ５ Ｔ； Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ； 全 桥逆 变 ； 驱动 电路
Ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ ＧＢＴ ｆ ｕ ｌ ｌ — ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｉ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｄｒ ｉ ｖ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ
块 。驱 动器 的并 联功 能可 以使它 支持 多个驱 动器并 联 在一 起 ， 还支 持 多 电平 拓 扑应 用 。它集 成 了完整
的双通 道驱 动 内核 ， 包 括 隔离 的 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 电源 、 短路
合器件 ， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ具 有 电流 大 、 耐压高 、 开 关速 度 快 和饱 和压降 低等 优 良特点 ， 在牵 引 电传动 、 电能传输 与变 换、 有 源滤 波 等 电力 电 子 领 域 得 到 了广 泛 的 应 用 。
IGBT驱动电路设计
3.控制电路设计3.1控制电路原理图及分析图3-1 IGBT驱动电路原理图本系统中对逆变部分的控制采用以51单片机为核心的数字控制方式，由51单片机产生的PWM信号控制IGBT的导通与关断，但是51单片机输出的电压和电流较小，不满足驱动IGBT的最小要求，因此需要专门的IGBT驱动电路。
IGBT的驱动电路如下图所示。
单片机从PWM1引脚发出PWM信号，输入TLP250，然后，TLP250从G1和E1输出IGBT的驱动信号，G1和E1分别接到IGBT的栅极和发射极。
为了使IGBT可以加速关断速度，使系统运行更加可靠，当IGBT关断时，使栅极和发射极之间为负电压。
在电路中，采用6V的稳压管2CW7C，供电电压为15V。
当前端输入导通时，栅极和发射极之间产生9V电压，驱动IGBT导通；当前端输入关断时，栅极和发射极之间产生负6V的电压，加快了IGBT的关断，保证了系统的可靠运行。
3.2 驱动电路设计（1）光耦隔离的选型在本设计中，IGBT的驱动采用了东芝公司的TLP250芯片。
TLP250前端最小导通电流为5mA，供电电压为10—35V，输出电流可达1.5A，隔离电压可达2500V，额定工作频率为25KHZ。
并且外围电路简单，工作稳定可靠。
TLP250是8脚DIP封装，适用于栅极驱动的IGBT管和大功率MOSFET管•输入阈值电流: IF=5mA(最大)•电源电流(ICC) : 11mA(最大)•电源电压(VCC): 10~35V•输出电流(IO): ±2.0A(最大)•开关转换时间(tpLH/tpHL) : 0.5µs(最大)•隔离电压: 2500Vrms图3-2 管脚排列(俯视图)1:空置5:地2:正极6:电压输出3:负极7:电压输出4:空置8:电源注：用一个0.1µF陶瓷电容应该连接在8脚和5脚之间来获得稳定的放大增益。
. 错误的走线（绕线）可能会削弱开关的性能。
电容和耦合器之间的总长度不能超过1cm。
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。
一种用于IGBT模块的驱动电路设计
一种用于IGBT模块的驱动电路设计作者：海飞乐技术时间：2017-05-10 15:581.引言IGBT因其具有徳和压降低、工作频率高、输入阻抗高、热稳定性、易触发和能承受高压强电流等优点而成为大功率逆变器和开关电源等电力电子装置的首选功率器件，但lGBT 和晶闸管一样，其过载能力不高，工程应用反馈的情况表明，大容量IGBT器件的故障损坏率比小电流的IGBT器件高得多。
在IGBT应用中，除其本身的技术水平以外，另一个要考虑的重要因素是其驱动器的设计是否合理与可靠。
IGBT驱动器作为功率电路和控制器之间的接口电路，对系统的功耗和可靠性等方面有着极大的作用，一个优化的驱动器在功率变换系统中是不可或缺的，选择适当的驱动电路就和变换器整体方案的可靠性紧密相关。
本文从应用角度介绍一款N沟道lGBT栅极驱动电路(600-1700V，20-400A的IGBT，驱动电流5A)，输入与输出之间采用光电耦合以提供所需的电气隔离。
模块具有短路、欠压保护功能，所需外围元件极少，对供电电源要求低，易于使用，适应各种不同类型的IGBT 驱动。
将该驱动模块电路应用于5.5kVA有源电力滤波器中，证明了所设计的电路完全可以对IGBT进行有效驱动、控制和过流保护，且电路简单性价比高。
1.IGBT驱动电路原理框图根据IGBT的静态特性、开关暂态特性并考虑其允许的安全工作区，工作时门极驱动保护电路应满足如下基本要求：提供足够的栅极电压来开通IGBT，并在开通期间保持这个电压在最初开通阶段，提供足够的栅极驱动电流来减少开通损耗和保证IGBT的开通速度；在关断期间，提供一个反向偏重电压来提高抗EMI噪声的能力并减少关断损耗；在IGBT功率电路和控制电路之间提供电气隔高。
对lGBT逆变器，一般要求的电气隔离为2500V以上;在短路故障发生时，驱动电路能通过合理的栅极电压动作进行IGBT保护，并发出故障信号到控制系统。
依据上述要求，本文设计一款驱动模块，其原理框图如图1所示(图1只是描述逻辑关系)。
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单相电压型全桥无源逆变电路设计
IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电子技术课程设计说明书IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路设计学生姓名： 学号：学 院：专 业：指导教师：2013年01月XXX 1005044245 信息与通讯工程学院 电气工程及其自动化 XXX中北大学电子技术课程设计任务书2012/2013 学年第一学期学院：信息与通讯工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：胡定章学号： 1005044245课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计起迄日期: 12月24日~ 01月4 日课程设计地点:电气工程系软件实验室指导教师:石喜玲系主任：王忠庆下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日课程设计任务书1．设计目的：1.加深理解《电力电子技术》课程的基本理论2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计条件：1.电源电压：直流U d=100V2.输出功率：300W3.输出电压波行1KHz方波，脉宽4.阻感负载根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的工作原理、计算选择元器件参数。
设计内容包括：1.IGBT电流、电压额定参数选择2.IGBT控制电路的设计3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1.根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图；2.利用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。
3.用示波器模块观察和记录电源电压、控制信号、负载电压的波形图。
课程设计任务书4．主要参考文献：[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005[3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.20105．设计成果形式及要求：1.电路原理图及各器件参数计算2. MATLAB仿真3.编写课程设计报告。
IGBT强驱动电路的设计变压器隔离全桥电路
IGBT强驱动电路的设计变压器隔离全桥电路根据脉冲渗碳电源要求，设计一种具有高可靠性、倌号传输无延迟、驱动能力强等特点的IGBT 强驱动电路，详细分拼了工作原理，对电路测试中出现的电流尖峰进行了抑制。
在此基础上得出几个主要影响驱动电路的因素。
实际用于大功率IGBT桥电路驱动，工作稳定可靠。
结果表明，所设计的电路结构简单，驱动能力强，可靠性高，且对用变压器驱动大功率全桥电路有通用性。
在脉冲电源中，驱动电路的好坏直接关系到逆变器能否正常工作。
好的驱动电路首先要保证开关管安全，其次还要使开关管具有较小的损耗。
这两者之间又是矛盾的。
因为由功率开关元件引起的损耗主要是开关损耗（开通损耗和关断损耗）。
开关损耗与驱动脉冲信号的上升沿陡度和下降沿陡度有很大关系。
下降沿和上升沿越陡，相应的开关损耗就越小，即电压和电流重迭的时间越短。
但是较陡的上升沿和下降沿又会产生过大冲击电流和电压尖峰，威胁开关管的安全王作。
因此要实现电源安全且高效率的工作，就要抑制或吸收这些电流和电压尖峰。
这里给出了一种变压器驱动的大功率IGBT模块电路，它既具有较强的驱动能力，又能很好地吸收电压和电流尖峰。
1 驱动电路神分析及此种驱动电路存在问题在中频脉冲渗碳电源中，能怏速进行过流保护是至关重要的，而驱动脉冲无延迟地传输，对实时过流保护起至关重要作用；同时为了减少开关损耗，还要求很陡的驱动脉冲上升沿和下降沿；一些特殊场合要求紧凑而简洁、不附加驱动电源等。
综合考虑以上要求，采用变压器隔离全桥驱动电路。
其电路如图1所示。
图1中两个桥臂各远两一个N－MOSFET和一个P－MOSFET。
两路PWM控鼠信号1或2为高电平时，即1为高电平，2为低电平。
Q1和Q4关断，Q2和Q3导通，Q5开通。
此时，Q2 ，Q3和T1的原边绕组就形成通路，脉冲电压加在T1的原边。
相应的次边会得动驱动脉冲信号。
1，2都为低电平时。
Q1、Q2会同时导通，T1原边被短路，则次边无脉冲输出。
如何使用IGBT模块简化电机驱动装置和逆变器的设计
如何使用IGBT模块简化电机驱动装置和逆变器的设计电机和逆变器的使用在工业自动化、机器人、电动汽车、太阳能、白色家电和电动工具等应用中持续增长。
伴随着这种增长是对提高效率、降低成本、缩小封装和简化整体设计的需求。
虽然使用分立式绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 设计定制电机和逆变器功率电子器件以满足特定要求很有诱惑力，但从长远来看，这样做的成本很高，而且会延误设计进度。
相反，设计人员可以使用现成的 IGBT 模块，将多个功率器件组合到一个封装中。
此类模块支持设计人员以最少的互连来开发紧凑的系统，从而简化组装，缩短上市所需时间，降低成本，并提高整体性能。
配套使用合适的 IGBT 驱动器，使用 IGBT 模块就可以开发出高效、低成本的电机驱动装置和逆变器。
本文先简要介绍电机和逆变器以及相关驱动电路和性能要求，然后回顾使用IGBT 模块的优点和各种模块封装标准，最后介绍基于NXP Semiconductors、Infineon Technologies、Texas Instruments、STMicroelectronics 和 ON Semiconductor 等厂商的IGBT 模块和驱动器IC 的电机驱动和逆变器设计方案，以及如何应用这些方案，包括评估板的使用。
1电机类型和效率标准IEC/EN 60034-30 将电机效率分为 IE1 至 IE5 五个等级。
美国电气制造商协会(NEMA) 从“标准效率”到“超高效率”都有相应的评级标准（图1）。
为了达到更高的效率标准，使用电子驱动是必要的。
采用电子驱动的交流感应电机可以满足IE3 和IE4 的要求。
为了达到IE5 的效率水平，需要组合使用成本较高的永磁电机和电子驱动。
低成本微控制器 (MCU) 的发展能够让设计人员使用上矢量控制技术——亦称磁场定向控制 (FOC)。
这是一种变频驱动 (VFD) 控制方法，其中三相交流电机的定子电流被视为两个正交分量，可以用矢量可视化。
IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计.
电子技术课程设计说明书IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路设计学生姓名： 学号：学 院： 专指导教师：2013年01月XXX 1005044245 信息与通讯工程学院 电气工程及其自动化中北大学电子技术课程设计任务书2012/2013 学年第一学期学院：信息与通讯工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：胡定章学号： 1005044245课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计起迄日期: 12月24日~ 01月4 日课程设计地点:电气工程系软件实验室指导教师:石喜玲系主任：王忠庆下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日课程设计任务书课程设计任务书目录1 引言 (1)2 工作原理概论 (1)2.1 IGBT的简述 (1)2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型 (2)2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 (2)3 主电路设计及参数选择 (3)3.1 主电路仿真图 (3)3.2参数设置及计算 (3)3.2.1参数设置 (3)3.2.2计算 (3)3.2.3设置主电路 (4)4 仿真电路结果的分析 (5)4.1 仿真电路图 (5)1.1.14.1.1 触发电平与负载输出波的波形图 (5)4.1.2 IGBT电流电压波形图 (6)4.2 仿真波形分析 (6)5 总结 (7)参考文献 (7)2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，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。
3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。
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组成推挽放大电路， 将放大后的输出信号输入到 ＩＧＢＴ 门极， 提供门极的驱动信号。当输入控制信号， 光 耦 Ｕ 导 通 ， Ｑ３ 截 止 ， Ｑ２ 导 通 输 出 ＋１５ Ｖ 驱 动 电 压。当控制信号为零时， 光耦 Ｕ 截止， Ｑ３、Ｑ１ 导通， 输 出－ １５ Ｖ 电压， 在 ＩＧＢＴ 关断时给门极提供负的偏置， 提高 ＩＧＢＴ 的抗干扰能力。稳压管 ＶＳ３～ＶＳ６ 分别对 Ｑ２、Ｑ１ 输入驱动电压限幅在－ １０ Ｖ 和＋１５ Ｖ， 防止 Ｑ１、 Ｑ２ 进入深度饱和， 影响 ＭＯＳ 管的响应速度。电阻 Ｒ６、 Ｒ７ 与电容 Ｃ０ 为 Ｑ１、Ｑ２ 组成偏置网络。其中的电容 Ｃ０ 是为了在开通时， 加速 Ｑ２ 管的漏极电流上升速度， 为栅极提供过冲电流， 加速栅极导通。
集极间的寄生电容与其他分布参数的综合作用会对驱动波形产生不利影响。栅极驱动电压必须有足够
快的上升和下降速度， 使 ＩＧＢＴ 尽快开通和关断， 以减小开通和关断损耗。在 ＩＧＢＴ 导通后， 驱动电压
应保持在＋１５ Ｖ 左右， 保证 ＩＧＢＴ 处于饱和状态； 在 ＩＧＢＴ 关断期间， ＩＧＢＴ 的栅极需加反向偏置电压，
通过以上分析可知， 对 ＩＧＢＴ 开通关断过程影响较 大的因素是驱动电路的阻抗、Ｌｅ 和 Ｃｇｃ。因此在设计驱 动 电 路 的 时 候 ， 应 选 择 Ｃｇｃ 较 小 的 ＩＧＢＴ， 并 通 过 合 理布线、选择合理电阻等方法改善开通与关断的过程。
３ ＩＧＢＴ 的实用驱动电路设计和实验 结果
对于硬开关触发方式的全桥逆变器， 四路驱动
ＩＧＢＴ 开通波形见图 ２ｂ。ｔ０ 时刻， ＩＧＢＴ 处于关断状 态， 栅极驱动电压开始上升， Ｕｇｅ 的上升斜率主要由 Ｒｇ 和 Ｃｇｃ 决定， 上升较快。到 ｔ１ 时刻， Ｕｇｅ 达到栅极门槛 值（约 ４～５ Ｖ）， 集电极电流开始上升。导致 Ｕｇｅ 波形偏离 原有轨迹的因素主要有两个： 一是发射极电路中分 布电感 Ｌｅ 的负反馈作用； 二是栅极－ 集电极电容 Ｃｇｃ 的 密勒效应。ｔ２ 时刻， Ｉｃ 达到最大值， 集射极电压 Ｕｃｅ 下 降， 同时 Ｃｇｃ 放电， 驱动电路电流增大， 使得 Ｒｇ 和 Ｒ 上分压加大， 也造成 Ｕｇｅ 下降。直到 ｔ３ 时刻， Ｕｃｅ 降为 ０， Ｉｃ 达到稳态值， Ｕｇｅ 才以较快的上升率达到最大值。
·２６· Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
专题讨论
田松亚等： 全桥逆变电路 ＩＧＢＴ 模块的实用驱动设计
第４期
电路完全相同， 但是各路之间在电路上必须相互隔 离， 以防干扰或误触发。四路驱动信号根据触发相位 分为两组， 相位相反。图 ３ 为一路栅极驱动电路。整 流 桥 Ｂ１、Ｂ２ 与 电 解 电 容 Ｃ１、Ｃ２ 组 成 整 流 滤 波 电 路 ， 为驱动电路提供＋２５ Ｖ 和－ １５ Ｖ 直流驱动电压。光耦 ６Ｎ１３７ 的作用是实现控制电路与主电路 之 间 的 隔 离， 传递 ＰＷＭ 信号。电阻 Ｒ１ 与稳压管 ＶＳ１ 组成 ＰＷＭ 取样信号， 电阻 Ｒ２ 限制光耦输入电流。电阻 Ｒ３、Ｒ４ 与 稳 压 管 ＶＳ３、ＶＳ４ 分 别 组 成 ５．５ Ｖ 光 耦 电 平 限 幅 电 路， 分别为光耦和 ＭＯＳＦＥＴ 管 Ｑ３ 提供驱动电平。Ｑ３ 在光耦控制下， 工作在开关状态。ＭＯＳＦＥＴ 管 Ｑ１、Ｑ２
题
其危险， 可能引发爆炸。
讨
论
桥式电路的另一缺点是容易产生直通现象。直
通现象是指同桥臂的 ＩＧＢＴ 在前后半周导通区间出
——
逆 变 焊 机
现重叠， 主电路短路， 巨大的短路电流瞬时通过 ＩＧＢＴ， 毁坏 ＩＧＢＴ。
针对上述两点不足， 从驱动的角度出发， 设计 的驱动电路必须满足四路驱动的波形完全对称， 严 格限制最大工作脉宽， 保证死区时间足够。
——
ＴＩＡＮ Ｓｏｎｇ－ｙａ， ＳＵＮ Ｙｅ， ＷＵ Ｄｏｎｇ－ｃｈｕｎ， ＧＡＮ Ｚｈｅｎｇ－ｈｕａ
逆
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖ．， Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０２２， Ｃｈｉｎａ）
变
Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ａｎｄ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｇａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
焊 机
ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＩＧＢＴ．Ｔｈｅ ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓ ｏｆ ＩＧＢＴ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｏｕｌｄ ｉｎｄｕｃｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｏ
ｄｒｉｖｅ ｗａｖｅ．Ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｎｄ ｄｅｃｌｉｎｅ ｑｕｉｃｋｌｙ， ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｌｏｓｓ．Ａｆｔｅｒ ＩＧＢＴ ｉｓ ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ，
半周交替通断， 变压器磁心中没有剩磁。但是， 如果
ＩＧＢＴ 驱动电路输出脉宽不对称或其他原因， 就会产
生正负半周不平衡问题。此时， 变压器内的磁心会在
某半周积累剩磁， 出现“单向偏磁”现象， 经过几个
脉冲， 就可以使变压器单向磁通达到饱和， 变压器
专
失去作用， 等效成短路状态［１］。这对于 ＩＧＢＴ 来说， 极
专 题 讨 论
——
逆 变 焊 机
图 ３ 栅极驱动电路原理
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒ ａｗｉｎｇ ｏｆ ｇａｔｅ ｄｒ ｉｖｅ
ＩＧＢＴ 栅极耐压一般生
电路的输出端给栅极加电压保护， 并联电阻 Ｒｇｅ 以及 反向串联限幅稳压管， 如图 ４ 所示。
全桥式逆变器的一大缺陷就是存在中频变压 器偏磁问题。正常工作情况下， 功率开关器件在工作
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ ·２５·
专题讨论
第 ３７ 卷
图 １ 全桥式逆变电路
Ｆｉｇ．１ Ｆｕｌｌ ｂｒ ｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒ ｔｅｒ ｃｉｒ ｃｕｉｔ
前半周与后半周导通脉宽相等， 饱和压降相等， 前后
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ\ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＩＧＢＴ； ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ； ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ
０ 前言
全桥式逆变电路应用广泛， 国内外许多厂家的 焊机都采用此主电路结构。全桥式电路的优点是输 出功率较大， 要求功率开关管耐压较低， 便于选管。 在硬开关桥式电路中， ＩＧＢＴ 在高压下导通， 在大电 流下关断， 处于强迫开关过程， 功率器件 ＩＧＢＴ 能否 正常可靠使用起着至关重要的作用。
栅极串联电阻 Ｒｇ 对 ＩＧＢＴ 开通过程影响较大。 Ｒｇ 小有利于加快关断速度， 减小关断损耗， 但过小 会造成 ｄｉ／ｄｔ 过大， 产生 较 大 的 集 电 极 电 压 尖 峰［３］。 根据本设计的具体要求， Ｒｇ 选取 ４．７ Ω。
图 ５ 四路驱动电路光耦与 ＰＷＭ 的两路输出信号的接线 Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒ ａｗｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ａｂｏｕｔ ｐｈｏｔｏｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ＰＷＭ
主 要 从 事 逆 变 焊 机 、等 离 子 切 割 机 的 研 究 与 教 学 工作。
靠性。随着开关工作频率的提高， 驱动电路的优化设 计就更为重要。
１ 硬开关全桥式电路工作过程分析
全桥式逆变主电路由功率开关管 ＩＧＢＴ 和中频 变压器等主要元器件组成， 如图 １ 所示。快速恢复二 极管 ＶＤ１～ＶＤ４ 与 ＩＧＢＴ１～ＩＧＢＴ４ 反向并联， 承受负载 产生的反向电流以保护 ＩＧＢＴ。ＩＧＢＴ１ 和 ＩＧＢＴ４ 为一 组， ＩＧＢＴ２ 和 ＩＧＢＴ３ 为一组， 每组 ＩＧＢＴ 同时导通与 关 断 ， 当 激 励 脉 冲 信 号 轮 流 驱 动 ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ４ 和 ＩＧＢＴ２、ＩＧＢＴ３ 时， 逆变主电路把直流高压转换为 ２０ ｋＨｚ 的交流电压送到中频变压器， 经降压整流滤波输出。
ＩＧＢＴ 开关等效电路如图 ２ａ 所示。Ｅ 是驱动信号 源， Ｒ 是驱动电路内阻， Ｒｇ 为栅极串联电阻。Ｃｇｅ、Ｃｇｃ 分 别为栅极与发射极、集电极之间的寄生电容 ， Ｌｅ 是 射极回路漏电感， 用电感 Ｌ１ 与二极管 ＶＤ 并联作为 负载。
图 ２ ＩＧＢＴ 的开关过程动态分析 Ｆｉｇ．２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｏｎ－ ｏｆｆ ｃｏｕｒ ｓｅ ｏｎ ＩＧＢＴ
实验波形如图 ６ 所示。图 ６ａ 是栅极驱动四路输
ｄｒｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｋｅｐｔ ａｔ ＋１５ Ｖ， ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｔｅ ｏｆ ＩＧＢＴ．Ｄｕｒｉｎｇ ＩＧＢＴ ｉｓ ｏｆｆ， ｔｈｅ ｇａｔｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ
ｒｅｖｅｒｓｅ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｏｒ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｆ ＩＧＢＴ．Ｆｏｒ ＩＧＢＴ ｍｏｄｕｌｅ ｉｎ ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｙ ｄｉｓｃｒｅｔｅ
２ ＩＧＢＴ 的开关过程动态分析
ＩＧＢＴ 是 ＭＯＳＦＥＴ 与双极晶 体 管 的 复 合 器 件 ， 其驱动与 ＭＯＳＦＥＴ 驱动相似， 是电压控制器件， 驱动 功率小。但 ＩＧＢＴ 的栅极与发射极之间、栅极与集电 极之间存在着结间电容， 在它的射极回路中存在着 漏电感， 由于这些分布参数的影响， 使得 ＩＧＢＴ 的驱 动波形与理想驱动波形产生较大的变化， 并产生了 不利于 ＩＧＢＴ 开通和关断的因素［２］。
ＩＧＢＴ 关断波形如图 ２ｃ 所示。ｔ０ 时刻栅极驱动电 压开始下降， 到 ｔ１ 时刻达到刚能维持 Ｉｃ 的水平， ＩＧＢＴ