高压大功率单元IGBT的驱动保护
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。
高压大功率单元IGBT的驱动保护
第28卷 第3期2008年9月西安科技大学学报JOURNAL OF XI′AN UN I V ERSI TY OF S C I E NCE AND TECHNOLOGYVol.28 No13Sep12008 文章编号:1672-9315(2008)03-0555-04高压大功率单元I GBT的驱动保护3任继红(西安建筑科技大学机电工程学院,陕西西安710055)摘要:合理设计驱动电路不但可以减少I G BT开关次数和开关过程损耗,降低发热量与输出电压波形畸变率,而且还可以减少事故发生概率,提高系统安全性、可靠性与系统持续可运行时间。
文中首先通过分析各种调制控制方法与驱动电路优缺点,设计了I G BT驱动调制技术方案,接着又分析了I G BT的工作特性、驱动电路要求与SCALE模块结构原理,然后,使用SCALE作为驱动元件设计I G BT驱动保护电路。
经过长时间运行验证,该电路可以很好满足使用要求。
关键词:级联功率单元;SP WM;驱动模块;短路与过流保护;死区时间中图分类号:T N322+.8 文献标识码:A0 引 言功率单元是级联高压变频器的重要组成单元,其功率开关元件普遍选用I G BT[1～3]。
合理设计驱动电路不但可以降低系统的损耗,而且也可以提高可靠性。
尽管I G BT是一个双极型电压型全控器件,具有输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点,但是,它的实际开通与关断却与电路条件和开关环境关系非常密切[4～6]。
驱动和保护电路一直是功率单元设计的难点和重点。
目前,虽然市场上驱动保护模块种类繁多,如国内常用的日本富士公司生产的EXB8系列、三菱电机公司生产的M579系列、美国I R公司生产的I R21系列、惠普生产的HCLP-316J。
由于这些模块在不同程度上存在驱动能力的限制,都不能很好地满足大功率单元I G BT的驱动与保护要求。
经研究分析CON2 CEPT公司生产的Scale等驱动模块,发现该模块适合在H桥驱动电路中应用。
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。
几种IGBT驱动电路的保护电路原理图
几种IGBT驱动电路的保护电路原理图第一种驱动电路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。
但是栅极电阻RG不能太大也不能太小，如果RG增大，则开通关断时间延长，使得开通能耗增加;相反，如果RG太小，则使得di/dt增加，容易产生误导通。
c、图中电容C用来吸收由电源连接阻抗引起的供电电压变化，并不是电源的供电滤波电容，一般取值为47 F.d、6脚过电流保护取样信号连接端，通过快恢复二极管接IGBT集电极。
e、14、15接驱动信号，一般14脚接脉冲形成部分的地，15脚接输入信号的正端，15端的输入电流一般应该小于20mA,故在15脚前加限流电阻。
IGBT模块驱动技术及应用
二、IGBT驱动与保护
驱动线
IGBT驱动线在设计过程中，尽量设计短，并双绞。
二、IGBT驱动与保护
结温
高结温将有助于减少在高杂散电感条件下的震荡
二、IGBT驱动与保护
二、IGBT驱动与保护
Vce尖峰
Vce尖峰电压由IGBT关断过程中杂散电感及二极管反向恢复产生。
L=85nH
L=185nH
衡IGBT的通态损耗和开关损耗。
一、IGBT基本原理
（2）非穿通（NPT）型IGBT
与PT型IGBT不同，NPT型IGBT以掺杂的N-
栅极
发射极
基区为衬底，P掺杂发射区设计的很薄，没有
PT型IGBT的N型缓冲区，这样在阻断状态，电
场只在N型衬底内存在。因为电场不再“穿
通”N型衬底，因此被称为“非穿通”型IGBT。
针对感性负载，为了防止过压，IGBT需要
并联一个续流二极管给电流提供续流回路。RC
N+
P
IGBT并不是简单的在外部并联一个半导体二极
管，而是在半导体内部实现了一个二极管，主
N-基区
（衬底）
要用于谐振电路、硬开关电路中。
N场终止层
P
N
集电极
P
一、IGBT基本原理
英飞凌IGBT
二、IGBT驱动与保护
IGBT模块驱动技术及应用
一、IGBT基本原理
目
录
二、IGBT驱动与保护
三、双脉冲测试
四、安全工作区
一、IGBT基本原理
1. IGBT基本介绍
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）绝缘栅双极型晶体管
IGBT之父:Jayant Baliga(贾杨.巴利加)教授（20世纪80年代发明）
大功率IGBT驱动技术
大功率IGBT驱动技术1 引言电力电子技术在当今急需节能降耗的工业领域里起到了不可替代的作用;而IGBT在诸如变频器、大功率开关电源等电力电子技术的能量变换与管理应用中，越来越成为各种主回路的首选功率开关器件，因此如何安全可靠地驱动IGBT工作，也成为越来越多的设计工程师面临需要解决的课题。
在使用IGBT构成的各种主回路之中，大功率IGBT驱动保护电路起到弱电控制强电的终端界面(接口)作用。
因其重要性，所以可以将该电路看成是一个相对独立的“子系统”来研究、开发及设计。
大功率IGBT驱动保护电路一直伴随IGBT技术的发展而发展，现在市场上流行着很多种类非常成熟的大功率IGBT驱动保护电路专用产品，成为大多数设计工程师的首选;也有许多的工程师根据其电路的特殊要求，自行研制出各种专用的大功率IGBT驱动保护电路。
本文对这些大功率IGBT驱动保护电路进行分类，并对该电路需要达到的一些功能进行阐述，最后展望此电路的发展。
此外本文所述大功率IGBT驱动保护电路是指应用于直流母线电压在650V～1000V范围、输出电流的交流有效值在100A～600A范围的场合。
2 大功率IGBT驱动保护电路的分类按照大功率IGBT驱动保护电路能够完成的功能来分类，可以将大功率IGBT 驱动保护电路分为以下三种类型:单一功能型、多功能型、全功能型。
2.1 单一功能型单一功能型的大功率IGBT驱动保护电路一般是由光耦和功率缓冲器构成，如hcpl-3150 等，如图1所示。
它将普通控制信号的ttl/cmos输入电平信号转变为正负十几伏的IGBT门极驱动输出电平，正负电平的幅值取决于隔离电源图1 hcpl-3150原理框图及引脚示意图工程师进行设计时可将它配上隔离电源电路、死区控制电路、逻辑处理电路、门极驱动电阻等，就可直接驱动IGBT，形成最简单的大功率IGBT驱动保护电路;也可以自己配上一些外围电路形成多功能型驱动器。
单一功能型的大功率IGBT驱动保护电路的最大优点是应用灵活、成本较低。
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试过流保护：1.过流检测器设计：使用电流传感器来检测IGBT的电流，常见的传感器有霍尔效应传感器和电阻式传感器。
根据检测到的电流信号，设计一个比较器电路，比较检测到的电流值与预设的过流阈值。
当电流超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过流保护电路设计：采用一级或多级的电流保护电路，例如使用可控整流器电路、继电器电路或熔断器电路来切断IGBT的电源。
过温保护：1.过温检测器设计：通过温度传感器监测IGBT的温度。
可选用NTC 热敏电阻或热电偶等传感器。
根据检测到的温度信号，设计一个比较器电路，将检测到的温度值与预设的过温阈值进行比较。
当温度超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过温保护电路设计：使用温度控制器（例如PID控制器）来降低IGBT的温度。
可以通过减小机箱内部温度、增加散热和降低IGBT占空比等方式来实现。
过压保护：1.过压检测器设计：使用电压传感器来检测IGBT的输入电压。
可以选用正弦波电流互感器等传感器。
设计一个比较器电路，将检测到的电压值与预设的过压阈值进行比较。
当电压超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过压保护电路设计：可以采用电压降压器或直流开关等方法来控制IGBT的输入电压，将其降低到安全范围内。
1.过电流测试：在设计过程中，设置合理的过电流阈值。
通过电流源提供过电流信号，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
2.过温测试：在设计过程中，设置合理的过温阈值。
通过加热IGBT 器件，提高其温度，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
3.过压测试：在设计过程中，设置合理的过压阈值。
通过提供超过预设阈值的电压信号，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
4.短路测试：将IGBT的输出端短接，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
5.整体测试：在实际应用中，应全面测试保护电路的性能。
IGBT驱动保护电路
引言电阻焊是一种重要的焊接工艺，具有生产效率高、成本低、节省材料和易于自动化等特点。
中频直流逆变电阻焊接电源作为一种新型的控制电源，以其显著的高质低耗的特点成为电阻焊电源的发展方向。
IGBT是一种用MOS管来控制晶体管的电力电子器件,具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点。
但由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差,一旦出现意外就容易损坏。
为此,必须对IGBT进行保护。
本文从实际应用出发,总结了过压、过流与过热保护的相关问题和各种保护方法,实用性强,应用效果好。
中频电阻焊机逆变电源【东莞市英络德数控科技有限公司】中频逆变直流电阻焊机的供电电源是由三相工频交流电源经整流电路和滤波电容转换成直流电源，再经由功率开关器件组成的逆变电路转换成中频方波电源，然后输入变压器降压后，经低管压降的大功率二极管整流成直流电源，供给焊机的电极，对工件进行焊接(见图1)。
控制电路部分由DSP和CPLD组成，DSP(TMS320LF2407A)产生的PWM波和检测信号、保护信号在CPLD (EPM7128S)里实现逻辑运算。
逆变器通常采用电流反馈实现PWM，以获得稳定的恒定电流输出。
电路原理和波形如图1所示。
图中U电源为电源电压，U初级为逆变器输出中频电压，变压器次级电流为I次级，控制PWM的脉宽可以控制I次级的大小。
逆变电路采用全桥结构，主要优点是主变压器工作效率高。
其主电路由4个IGBT和中频变压器组成，将直流电压转换成中频方波交流电压并送中频变压器，经降压整流滤波后输出。
电路的可靠来自IGBT的稳定运行。
保证IGBT在安全工作范围内并处于较好状态下，是提高整机可靠性的关键技术。
而对IGBT的保护，主要包括过电流保护、过电压保护和IGBT过热保护。
IGBT的保护措施IGBT的过电流保护IGBT大功率管通常只能承受10ms以下的短路电流，当IGBT遇到过流或短路时，若不加保护或保护不当，就会使IGBT损坏。
M57962AL是IGBT专用驱动模块，它采用双电源驱动结构，内部集成有2500 V 高隔离电压的光耦合器和过电流保护电路，以及过电流保护输出信号端子和与TTL电平相兼容的输入接口。
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。
应用于风力发电的大功率IGBT驱动保护电路
应用于风力发电的大功率IGBT驱动保护电路随着风力发电技术的不断进步，越来越多的风力发电机被投入使用。
在风力发电中，IGBT（绝缘栅双极晶体管）被广泛应用于风力发电机的变频器中，用于控制电机的电能输出和风力发电的整个过程。
而大功率IGBT驱动保护电路则是保护这些IGBT的关键部分。
一、大功率IGBT驱动保护电路的意义大功率IGBT驱动保护电路是为了保护风力发电机变频器中的IGBT而设计的一种电路。
IGBT作为风力发电机变频器的核心部件，负责将电能转换成机械能，并进行不同频率、不同电压的输出。
在风力发电的过程中，变频器中的IGBT受到的电压和电流都是很大的，同时高频电源的电压也对IGBT产生了很大的压力，如果IGBT的运行不能被有效保护，就有可能会引起其烧毁或损坏，从而对风力发电机的正常运行产生不利影响。
因此，大功率IGBT驱动保护电路是非常必要的。
二、大功率IGBT驱动保护电路的基本原理大功率IGBT驱动保护电路的基本原理是在IGBT的驱动电路中加入过流、过压、过热等保护电路。
在系统的设计中，IGBT的故障通常是由于内部电热、电压电流等因素引起的，因此，大功率IGBT驱动保护电路需要在这些方面进行有效的保护。
（1）过流保护在变频器的运行过程中，IGBT受到电流冲击时，可能会产生较大的能量，引起其过热烧毁，因此，过流保护是很必要的。
对于系统中的IGBT，可以通过电流传感器进行测量，通过对电流大小的测量，在IGBT的驱动电路中加入保护电路，当电流大小超过一定的阀值时，保护电路就会起到保护作用。
（2）过压保护风力发电机的变频器在运行过程中，如果瞬间出现高电压，就很可能会对IGBT造成损伤。
因此，过压保护是非常必要的。
在大功率IGBT驱动保护电路中，可以使用Zener二极管或压敏电阻作为过压保护器件，当电压突然上升时，就会使得这些保护器件在短时间内短路，从而保护IGBT。
（3）过热保护IGBT的运行温度较高，通常需要对其进行过热保护。
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。
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。
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。
(国内标准)IGBT驱动保护及典型应用
（国内标准）IGBT驱动保护及典型应用IGBT驱动保护及典型应用Sy摘要IGBT（绝缘栅双极晶体管）是壹种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的壹种新型复合器件,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，且得到越来越广泛的应用。
本文主要介绍了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，最后对IGBT的实际典型应用进行了分析介绍，通过对IGBT 的学习，来探讨IGBT于当代电力电子领域的广泛应用和发展前景。
关键词：IGBT；绝缘栅双极晶体管；驱动电路；保护电路；变频器；电力电子器件目录引言11、IGBT的基本结构12、IGBT的工作原理32.1 IGBT的工作特性33、IGBT的驱动53.1驱动电路设计要求53.2 几种常用IGBT的驱动电路64、IGBT驱动保护74.1 驱动保护电路的原则74.2 IGBT栅极的保护84.3 IGBT的过电流保护94.3.1 驱动过流保护电路的驱动过流保护原则94.3.2 IGBT过流保护电路设计94.3.3具有过流保护功能的IGBT驱动电路的研究114.5 IGBT的过热保护154.6 IGBT驱动保护设计总结155.IGBT专用集成驱动模块M57962AL介绍16结论20参考文献21引言随着国民经济各领域和国防工业对于电能变换和处理的要求不断提高，以及要满足节能和新能源开发的需求，作为电能变换装置核心部件的功率半导体器件也起着越来越重要的作用。
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）自1982年由GE公司和RCA公司宣布以来，引起世界许多半导体厂家和研究者的重视，伴随而来的是IGBT的技术高速发展，其应用领域不断扩展它不仅于工业应用中取代了MOSFET和GTR（GiantTransistor，巨型晶体管），甚至已扩展到SCR（Silicon ControlledRectifier，可控硅整流器）和GTO（GateTurn-OffThyristor，门控晶闸管）占优势的大功率应用领域，仍于消费类电子应用中取代了BJT和MOSFET 功率器件的许多应用领域IGBT额定电压和额定电流所覆盖的输出容量已达到6MVA，商品化IGBT模块的最大额定电流已达到3.6kA，最高阻断电压为6.5kV，且已成功应用于许多中、高压电力电子系统中。
IGBT栅极驱动的参数要求和驱动条件
IGBT栅极驱动的参数要求和驱动条件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种集成了MOSFET （金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）特性的功率半导体器件。
它在高压和高电流应用中具有低导通压降和高开关速度的优势，广泛应用于各种交流或直流驱动系统中。
为了确保IGBT的正常工作和稳定性，需要满足以下的参数要求和驱动条件：1.驱动电压：IGBT需要足够的驱动电压来打开和关闭，这个电压通常是5V至15V之间的电压。
过低的驱动电压将导致IGBT无法完全开启，而过高的电压则可能导致电路故障或产生过大的功耗。
2.驱动电流：IGBT的驱动电流需要足够大，以确保其快速开启和关闭。
一般情况下，驱动电流应为IGBT额定电流的10%至30%。
如果驱动电流过小，IGBT可能无法完全开启，从而导致导通压降增大和功耗增加。
如果驱动电流过大，可能会造成电流和功率浪费。
3.上升时间和下降时间：IGBT的上升时间和下降时间决定了其开关速度。
通常情况下，上升时间和下降时间应尽可能短，以减少开关过程中的功耗。
为了实现更快的开关速度，可以采用专用的驱动电路或芯片，如光耦隔离驱动器。
4.脉冲宽度：IGBT的工作需要根据特定的应用进行脉冲宽度调制。
脉冲宽度可以通过外部控制信号（如PWM信号）来调节。
脉冲宽度的控制可以实现IGBT的开关控制和功率输出的调节。
5.抗干扰能力：IGBT需要具有较好的抗干扰能力，以保证其在工作过程中不受外界的电磁干扰和噪声干扰。
为了减少驱动过程中的电磁干扰，可以采用抗干扰设计的驱动电路或模块。
除了上述参数要求外，IGBT的驱动条件还需要满足以下几个方面：1.保证驱动电路的稳定性和可靠性，防止驱动电流的波动或噪声干扰，采用适当的滤波和隔离措施。
2.控制IGBT的开启和关闭时间，调整驱动电路的延时时间和响应速度，以适应不同的应用要求。
3.保护IGBT免受过电流、过压和过温等异常情况的影响。
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。
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３ ＋ ） 和 一 全采用 ＳＷＭ， ＋ Ｐ 和 采用 阶梯 波。当正弦波为正
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收稿 日期 ：０ ７—０ ２０ ４～１ ０
责任编辑 ： 郭西 山
作者 简介 ： 任继 红（ ９ ６一） 女 ， １６ ， 陕西咸 阳人 ， 讲师 ， 主要从事 机电一体化的研究
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点 。 目前 ， 虽然 市场 上 驱动 保 护模 块种 类繁 多 ， 国 内常 用 的 日本 富 士公 司生 产 的 Ｅ Ｂ 如 Ｘ国 Ｉ ５９ 美 Ｒ公司生产的 Ｉ２ 系列 、 Ｒ１ 惠普生产 的 Ｈ Ｌ ３６ 。由于这些模块在不 同 Ｃ Ｐ一 １Ｊ 程度 上存 在 驱动 能力 的限制 ， 不 能很好 地 满足 大 功率 单元 ＩＢ 都 Ｇ Ｔ的驱 动 与保 护 要 求 。经 研 究分 析 Ｃ Ｎ Ｏ ． ＣＰ Ｅ Ｔ公司生产 的 Ｓａ 等驱动模块 ， ｃｅ ｌ 发现该模块适合在 Ｈ桥驱动 电路中应用 。文 中将对其进行研究 ， 并 给 出 ｌ７０Ｖ，０ ０ ２ ０～３０Ａ， Ｂ ０ Ｉ Ｔ的驱动 和保 护 电路 参数 计算 。 Ｇ
文 章 编 号 ： ６ ２— ３５ ２ ｏ ） ３— ５ ５一 ４ １７ ９ １ （ ｏ ８ ０ ０ ５ ｏ
高压 大 功 率 单 元 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ的驱 动保 护
任 继 红
（ 西安建筑科技 大学 机 电工程 学院 ， 陕西 西安 ７ ０ ５ ） １０ ５
摘
要 ： 理设 计 驱动 电路 不但 可 以减 少 Ｉ Ｂ 合 Ｇ Ｔ开 关 次数 和 开 关过 程 损 耗 ， 降低 发 热 量 与输 出电
一
和 十 截止 ， 反之 ， 一 和 ＋ 导通 ， ＋ 和 一 截止 。此类方法简单 ， 只能产生电平 电压 ， 但 谐波成
２ ４个 ［Ｂ ） Ｇ Ｔ都采用 Ｓ ＷＭ。 ＋ Ｐ 与 一 为一组 ， 控制 Ｐ ＷＭ 由正相调制波与载波 比较产生 ； ｂ Ｖ ＋与 为一组 ， 由负相调制波与载波相 比较产生 。该方法谐波成分较少 ， 则 但开关次数略多。
直导通 ，，＋由反 向阶梯 波 驱 动 一 直 截 止 ； Ｉ ＾ 当正 弦 波 负 半 周 时 ，Ｐ Ｓ ｗＭ 驱
动 一， 反向 ＳＷＭ驱动 ＋， ＋ Ｐ 由正向阶梯波驱动一直导通 ， 一由反 向阶梯 波 驱 动一 直 截止 。此类 方 法 可 以输 出 ３电平 ， 个 装 置级 联 叠 加 可 多 以产生 ２ Ｎ十１ 电平相电压 ， 个 波形好 ， 脉动小 ， 谐波成分与方法 ２ 相同， ） 但
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第２ 卷 第 ３ ８ 期
２０ ０ ８年 ９月
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Ｖｏ ＿ Ｎｏ ｌ２８ ．３ Ｓ ｐ． ０ ｅ ２ ０８
Ｊ ＲＮ ＩＡ ＵＮ Ｖ ＳＴＹ Ｏ Ｃ Ｅ Ｃ Ｄ Ｔ Ｃ ＯＬ Ｙ ０Ｕ ＡＬ ＯＦ Ｘ Ｎ Ｉ ＥＲ Ｉ Ｆ Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ Ａ Ｅ ＨＮ ＯＧ Ｎ
关键词 ： 级联 功 率单 元 ； Ｐ Ｓ ＷＭ；驱动模 块 ；短路 与过 流保 护 ； 区时 间 死 中图 分类 号 ：Ｎ３ ２＋． Ｔ ２ ８ 文献 标 识码 ： Ａ
０ 引 言
功率单元是级联高压变频器的重要组成单元 ， 其功率开关元件普遍选用 Ｉ Ｂ ｌ ３。合理设计驱动电 Ｇ Ｔｌ ］ ＿ － 路不但可以降低系统的损耗 ， 而且也可以提高可靠性。尽管 ＩＢ 是一个双极型 电压型全控器件 ， ＧＴ 具有输 入阻抗大、 驱动功率小 、 控制电路简单 、 开关损耗小、 通断速度快和工作频 率高等优点 ， 但是 ， 它的实 际开 通与关断却与电路条件和开关环境关系非常密切 曲 。驱动和保护电路一直是功率单元设计 的难点和重 Ｊ
压波形畸变率， 而且还 可以减少事故发生概率， 高 系统安全性 、 提 可靠性 与 系统持 续 可运行 时间。 文 中首先 通过 分 析各 种调 制控 制 方 法 与驱 动 电路 优 缺 点 ， 计 了 Ｉ Ｂ 设 Ｇ Ｔ驱 动 调 制 技 术 方 案 ， 着 接
又分 析 了 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ的 工作 特性 、 动 电路要 求与 Ｓ Ａ Ｅ模 块 结构 原 理 ， 驱 ＣＬ 然后 ， 用 Ｓ Ａ Ｅ作 为 驱 动 使 Ｃ Ｌ 元 件设 计 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ驱动 保 护 电路 。经过 长 时间运行 验 证 ， 电路 可 以很 好 满足使 用要 求。 该
１ 功率 单元调制方式
如图 １ 所示 ， 功率单元主要 由３部分组成 ： 整流、 滤波、 逆变 Ｈ桥 。其 中， 逆变 Ｈ桥开关元件选用 Ｉ ． Ｇ
Ｂ 。每 个单 元 中有 ４种 不 同 的开关 组 合 ， Ｔ 即 ＋和 一同时导 通 ， 则输 出正 的直 流母 线 电压 ＋ ； ＋和
同时导通 ， 则输出负的直流母线电压 一 ； ＋ 和 ＋同时导通或 一 和 同时导通 ， 出电压为 输 ０ 。Ｈ桥功率单元 的载波移相控制是在 Ｓ ＷＭ控制理论上发展而来 的。隔离变压器输出的 ５ ０Ｖ三相交 Ｐ ８
一
流电经三相桥式 电路整流 ， 再滤波形成平直的直流电， 然后在单极性 Ｓ ＷＭ调制控制下 ， Ｐ Ｈ型单相逆变桥
输 出电压 在 ０～ ８ ５０Ｖ间 、 率 在 ０到 ５ ｚ６ ｚ间可调 的单相 交 流 电 。 频 ０Ｈ ／ ０Ｈ 对 Ｈ桥 ４个 功 率单 元通 断 控制 可 以采用 ４种 Ｐ ＷＭ 信号 。
１ ＋ ） 和 一同时通断 ， 一和 Ｉ ＋ ， 同时通断。当正弦波大于三角波输出高 电平 ， ＋ ６ 和 ～ 导通 ，