电力电子器件驱动电路

驱动电路的比较

电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。电力电子器件对驱动电路的一般性要求

①驱动电路应保证器件的充分导通和可靠关断以减低器件的导通和开关损耗。

②实现与主电路的电隔离。

③具有较强的抗干扰能力，目的是防止器件在各种外扰下的误开关。

④具有可靠的保护能力当主电路或驱动电路自身出现故障时(如过电流和驱动电路欠电压等)，驱动电路应迅速封锁输出正向驱动信号并正确关断器件以保障器件的安全。

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。晶闸管是半控型器件，一般其驱动电路成为触发电路，下面分别分析晶闸管的触发电路，GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT的驱动电路。

1晶闸管的触发电路

晶闸管的触发电路的工作原理如下:

1 由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM和附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。

2 当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。

3 VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的。

4 为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。

晶闸管的触发电路特点：触发脉冲宽度要保证晶闸管可靠导通，有足够的幅值也不能超过晶闸管门级的电压、电流和功率定额等参数。

2 GTO驱动电路

GTO的开通控制与普通晶闸管相似，下图为典型的直接耦合式GTO驱动电路，其工作原理可分析如下：

1 电路的电源由高频电源经二极管整流后提供，VD1和C1提供+5V电压，VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压，VD4和C4提供-15V电压。

2 V1开通时，输出正强脉冲；V2开通时，输出正脉冲平顶部分；

3 V2关断而V3开通时输出负脉冲；V3关断后R3和R4提供门极负偏压。GTO驱动电路的特点：触发脉冲前沿的幅值和陡度要足够，在整个导通期间都施加正门极电流。避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿；缺点是功耗大，效率较低。

3GTR的驱动电路

下图为GTR的一种驱动电路，其包括电气隔离和晶体管放大电路两大部分，本电路的特点是：当负载较轻时，如果V5的发射极电流全部注入V，会使V过饱和，关断时退饱和时间延长。但是VD2和VD3构成贝克钳位电路可避免上述情况的发生。

V

开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。

关断时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。

4MOSFET管驱动电路

下图给出了电力MOSFET管的一种驱动电路，也包括电气隔离和晶体管放大电路

两部分。当无输入信号时高速放大器A输出负电平，V3导通输出负驱动电压。

当有输入信号时A输出正电平，V2导通输出正驱动电压。跟双极性晶体管相比，

一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这

个很容易做到，但是，我们还需要速度。

在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的

驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充

电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时

第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。第二注意的是，普遍用于高端驱动

NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电

压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同

一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器

都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流

去驱动MOS管。

◆使电力MOSFET开通的栅源极间驱动电压一般取10~15V，使IGBT开通的栅射极间驱动电压一般取15 ~ 20V。

◆关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取 -5 ~ -15V）有利于减小关断时间和关断损耗。

5IGBT的驱动电路

IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器，例如三菱公司的M579系列、富士公司的EXB系列等。由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能不好常常导致器件损坏，IGBT对驱动电路有许多特殊的要求：

①驱动电压脉冲的上升率和下降率要充分大。

② IGBT导通后，栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要有足够的幅度。

瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区而损

坏。

③ IGBT的栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压十VGE要取合适的值，特

别是具有短路工作过程的设备中使用IGBT时，其正向驱动电压更应选择所需要

的最小值。

④ IGBT的关断过程中，栅一射极间施加的负偏压有利于IGBT的快速关断，但

也不宜取的过大。(一般取-10V)

⑤在大电感负载的情况下，过快的开关反而是有害的，大电感负载在IGBT的快

速开通和关断时，会产生高频且幅值很高而宽度很窄的尖峰电压Ldi/dt，该尖

峰不易吸收，容易造成器件损坏。

⑥由于IGBT多用于高压场合，所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔

离，一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。

⑦ IGBT的栅极驱动电路应尽可能地简单、实用，应具有IGBT的完整保护功能，

很强的抗干扰能力，且输出阻抗尽可能地低。

⑧驱动电路的栅极配线走向应与主电流线尽可能远，同时驱动电路到IGBT模块

栅一射引线应尽可能的短，采用双绞线或同轴电缆屏蔽线，并从栅极直接接到被

驱动IGBT的栅一射极。

⑨同一电力电子设备中，使用多个不同电位的IGBT的时候，一定要使用光隔离

器，解决电位隔离的问题。