IGBT门极驱动设计规范
IGBT门极驱动设计规范要求
大功率IGBT驱动
采用隔离变压器的IGBT驱动 采用Vce饱和压降进行过流检测和管理的IGBT驱动系统，包括软关断动作， 以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断。
Norbert Pluschke1001
5
如何安全地使用IGBT 如何安全地使用
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
GND
Norbert Pluschke1001
22
HCPL-316J – 采用光藕的 采用光藕的IGBT驱动器 驱动器
隔离
Norbert Pluschke1001
23
低成本IGBT驱动电路 驱动电路 低成本
Norbert Pluschke1001
24
TD350 – 采用外部光藕的 采用外部光藕的IGBT驱动电路 驱动电路
Norbert Pluschke1001
10
计算峰值门极电流
计算在最小的门极电阻情况下的峰值驱动电流 E.g. RG.on = RG.off = 2Ω Ig.puls ≈ ∆V / RG + Rint = 23V / (2Ω + 2Ω) = 5.75 A
Chip resistance (data sheet)
26
无变压器的由贴片元件组成的IGBT驱动电路 驱动电路(page 24) 无变压器的由贴片元件组成的 驱动电路
Vce 压降检测的二极管在主功率板上 变压器和电源都在主板上 一个逆变器需要6个驱动电路
Norbert Pluschke1001
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在IGBT进行关断动作时是否有过压 进行关断动作时是否有过压
15
⇒ QG = 2230 nC
-8
2230 nC
IGBT的短路特性及驱动设计
IGBT电流的限制电路一．功率晶体管被应用于电力设备来控制电能的转换，用它来作为一种开关，在特定的时刻进行开和关，IGBT的型号由系统的设计者选择，既要考虑正常的工作条件，又要考虑非正常的工作情况，在非正常工作情况下。
IGBT可能承受非常大的浪涌电流，电流的大小经常只能靠IGBT 的自身增益进行限制，在应用上希望器件效率高、承受短路电流的时间长。
由于器件固有的特点，不能够同时追求高效和长的短路时间，因此器件设计上只能在两者间进行折中考虑。
在应用上，短路是不可避免的，电路设计上应设法提高IGBT的工作效率，提高IGBT承受短路电流的能力。
在发生短路时，关断栅极驱动信号。
IGBT的增益高，短路电流越大，但短路时间就短。
相反IGBT的增益低，短路电流的越小，短路时间就越长。
一般短路时间不应超过10us。
在应用上一般通过检测故障电流，当检测到故障电流后，降低栅极驱动电压，限制短路电流，延长短路时间。
IGBT的短路电流具有下面几种效应1．短路电流热效应：如器件受到短路电流冲击，大电流产生的功率损耗将使温度急剧上升，由于芯片的热时间常数小，温度在芯片上的增加速度非常快，当温度增加到芯片的本征温度250°时，器件将失去阻断能力，因此门极不可能控制器件的通断。
通过降低器件的短路电流，减小了短路电流在芯片上的功耗，因而延长了短路电流时间。
2.锁住效应由于四层结构的IGBT有着类似于晶闸管的特性。
在工艺上。
为了防止晶闸管效应一般通过降低等效晶体管的增益和减小等效NPN晶体管的基极电阻rb。
当IGBT在故障关断情况下，由于MOSFET通道的作用，大部分电流通过rb被分流。
此时rb上的压降将使NPN晶体管的基极-发射极处于正向偏置，使晶体管导通从而引起寄生晶闸管工作，产生锁住效应。
在电路设计上，减小故障电流，使故障电流在rb上的压降减小，从而避免晶闸管的锁住效应。
3．过压效应当产生故障电流时，切断故障电流的电流下降率在电感上产生的电压为Ldi/dt。
IGBT栅极驱动的参数要求和驱动条件
驱动电路的基本性能1.概述IGBT器件的发射极和栅极之间是绝缘的二氧化硅结构，直流电不能通过，因而低频的静态驱动功率接近于零。
但是栅极和发射极之间构成了一个栅极电容CGs，因而在高频率的交替导通和关断时需要一定的动态驱动功率。
小功率IGBT的CGs一般在10~l00pF 之内，对于大功率的绝缘栅功率器件，由于栅极电容CGs较大，在1~l00pF，甚至更大，因而需要较大的动态驱动功率。
IGBT栅极电压可由不同的驱动电路产生，栅极驱动电路设计的优劣直接关系到由IGBT构成的系统长期运行可靠性。
正向栅极电压的值应该足够令IGBT产生完全饱和，并使通态损耗减至最小，同时也应限制短路电流和它所带来的功率应力。
IGBT正栅压VGE越大，导通电阻越低，损耗越小。
但是，如果VGE过大，一旦IGBT过流，会造成内部寄生晶闸管的静态擎柱效应，造成IGBT失效。
相反如果VGE过小，可能会使IGBT的工作点落人线性放大区，最终导致器件的过热损坏。
在任何情况下，开通时的栅极驱动电压，应该在12~20V之间。
当栅极电压为零时，IGBT处于断态。
由于IGBT的关断过程可能会承受很大的dv/dt，伴随关断浪涌电流，干扰栅极关断电压，可能造成器件的误开通。
为了保证IGBT在集电极-发射极电压上出现dv/dt噪声时仍保持关断，必须在栅极上施加一个反向关断偏压，采用反向偏压还可减少关断损耗。
反向偏压应该在-5~-15V之间。
理想的心鄒驱动再路应具有以下基本性能：1)要求驱动电路为IGBT提供一定幅值的正反向栅极电压VGE。
理论上VGE≥VGE(th），IGBT即可导通；当VGE太大时，可能引起栅极电压振荡，损坏栅极。
正向VGE越高，IGBT器件的VGES 越低，越有利于降低器件的通态损耗。
但也会使IGBT承受短路电流的时间变短，并使续流二极管反向恢复过电压增大。
因此正偏压要适当，一般不允许VGE超过+-20V。
关断IGBT时，必须为IGBT 器件提供-5~-15V的反向VGE，以便尽快抽取IGBT器件内部的存储电荷，缩短关断时间，提高IGBT的耐压和抗干扰能力。
IGBT门极驱动设计规范
IGBT门极驱动设计规范IGBT门极驱动设计规范是针对IGBT（绝缘栅双极型晶体管）门极驱动电路设计的一系列准则和规范。
IGBT门极驱动电路的设计对于系统的稳定性、可靠性和性能表现起着至关重要的作用。
本文将介绍IGBT门极驱动设计的一些基本规范。
首先，IGBT门极驱动设计应遵循电气安全规范。
设计师应根据相关标准和市场要求，确保IGBT门极驱动电路的安全性，包括采用合适的绝缘方式、阻隔和耐压设计等。
其次，IGBT门极驱动设计应遵循电磁兼容规范。
设计中应考虑电磁干扰和抗干扰性能，采用合适的滤波和屏蔽措施，以防止电磁辐射和电磁感应对其他电子设备造成干扰。
接下来，IGBT门极驱动设计应考虑系统的温度特性。
设计师应合理选择IGBT门极驱动电路的散热方案，并根据实际应用环境和工作条件，确定合适的工作温度范围和温度保护机制。
此外，IGBT门极驱动设计应考虑系统的响应速度和稳定性。
设计师应根据IGBT的特性，选取合适的驱动电路和元件，以确保系统的响应速度和稳定性都能满足要求。
此外，还应考虑到IGBT的过渡特性，以便在切换过程中防止开关损耗和电磁噪声。
此外，IGBT门极驱动设计应充分考虑系统的可靠性。
设计师应遵循可靠性设计原则，包括采用适当的元件和材料、合理布局和连接、考虑温度和湿度等因素，并进行必要的寿命和可靠性验证测试。
最后，IGBT门极驱动设计应兼顾成本和性能。
设计师应在满足性能要求的前提下，合理选择元件和材料，并进行成本效益分析，确保设计的经济性和可行性。
总之，IGBT门极驱动设计规范是根据电气安全、电磁兼容、温度特性、响应速度、稳定性、可靠性等方面的要求，对IGBT门极驱动电路的设计进行规范化的准则。
遵循这些规范，可以确保IGBT门极驱动电路的可靠性、稳定性和性能表现，提高系统的工作效率和寿命。
门极驱动电路设计方法
第7章 门极驱动电路设计方法
目录
1. 驱动条件和主要特性的关系..............................................................................7-2 2. 关于驱动电流 ...................................................................................................7-3 3. 空载时间的设定................................................................................................7-5 4. 驱动电路的具体实例 ........................................................................................7-6 5. 驱动电路设计、实际安装的注意事项 ...............................................................7-7
本章中对 IGBT 的门极驱动电路的设计手法进行说明。
7-1
第 7 章 门极驱动电路设计方法
1 驱动条件和主要特性的关系
表 7-1 表述了 IGBT 的驱动条件与主要特性的关系。由于 IGBT 的主要特性是随 VGE、RG 变化的，需要配 合装置的设计目标进行设定。
表 7-1 IGBT 的驱动条件与主要特性
图 7-2 驱动电路原பைடு நூலகம்图以及电压电流波形
驱动电流的峰值 IGP 可由以下近似式求取。
IGBT门极驱动的要求及电路设计
IGBT门极驱动的要求及电路设计IGBT门极驱动的要求及电路设计绝缘栅双极晶体管IGBT是第三代电力电子器件，安全工作，它集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-40 kHz)的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。
广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中。
IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。
在此根据长期使用IGBT的经验并参考有关文献对IGBT的门极驱动问题做了一些总结，希望对广大IGBT应用人员有一定的帮助。
1 IGBT门极驱动要求1.1 栅极驱动电压因IGBT栅极-发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行驱动，但IGBT的输入电容较MOSFET大，所以IGBT的驱动偏压应比MOSFET驱动所需偏压强。
图1是一个典型的例子。
在+20℃情况下，实测60 A，1200 V以下的IGBT开通电压阀值为5～6 V，在实际使用时，为获得最小导通压降，应选取Ugc≥(1.5～3)Uge(th)，当Uge 增加时，导通时集射电压Uce将减小，开通损耗随之减小，但在负载短路过程中Uge增加，集电极电流Ic也将随之增加，使得IGBT能承受短路损坏的脉宽变窄，因此Ugc的选择不应太大，这足以使IGBT完全饱和，同时也限制了短路电流及其所带来的应力(在具有短路工作过程的设备中，如在电机中使用IGBT时，+Uge在满足要求的情况下尽量选取最小值，以提高其耐短路能力)。
1.2 对电源的要求对于全桥或半桥电路来说，上下管的驱动电源要相互隔离，由于IGBT是电压控制器件，所需要的驱动功率很小，主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电，要求能提供较大的瞬时电流，要使IGBT迅速关断，应尽量减小电源的内阻，并且为防止IGBT关断时产生的du/dt误使IGBT导通，应加上一个-5 V的关栅电压，以确保其完全可靠的关断(过大的反向电压会造成IGBT栅射反向击穿，一般为-2～10 V之间)。
IGBT门极驱动设计规范新
如何安全地使用IGBT
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
门极电阻的阻值不能小于 “测试过的门极驱动电阻” 这个 模块为 2 Ohm
Norbert Pluschke1001
7
如何选择正确的门极驱动电阻?
195A – max reverse recovery current
Norbert Pluschke1001
漏感造成的过压
t
v Co
L =− s
d × id C
Ev ,e
t r
t
r
a
s
y
h
o
28
o
软关断
当软关断时,必须外接一个短路电阻去和门极关断电阻串联
软关断 VGG-
RG on
RG off
软关断策略可以降低电压尖峰
RG off,
SC
vCE(t), iC(t) VCC IO
0 t
Norbert Pluschke1001
29
IGBT Driver Design Rules
采用合适的开通和关断电阻
考虑过压和反向恢复电流
IGBT门极和发射极的保护措施
必须进行防静电处理 电路的保护措施
门极和发射极间的电阻– 4.7kOhm to 10kOhm 双向稳压二极管(16.8V – 17.5V) GE间加入小电容去掉振荡
Rg = 2 Ohm
两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻
Ron = 2 Ohm Roff = 5 Ohm (降低过压尖峰)
开通电阻太小
避免出现振荡
Norbert Pluschke1001
8
确定IGBT的门极充电参数
IGBT驱动条件
IGBT驱动条件2011.7.21由于IGBT的主要特性是随V GE和R G变化的。
门极电路的正偏压V GE、负偏压-V GE和门极电阻R G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d V/dt电流等参数有不同程度的影响。
下表主要是IGBT的驱动条件和主要特性的关系。
1.1 门极正偏压电压：+V GE（导通期间）门极正偏压电压+V GE的推荐值为+15V，下面说明+V GE设计时应注意的事项。
(1) 请将+V GE设计在G-E 间最大额定电压V GES=±20V max. 的范围内。
(2) 电源电压的变动推荐在±10% 范围内。
(3) 导通期间的C-E 间饱和电压（V CE (sat)）随+V GE变化，+V GE越高饱和电压越低。
(4) +V GE越高，开通交换时的时间和损耗越小。
(5) +V GE越高，开通时（FWD 反向恢复时）对支路越容易产生浪涌电压。
(6) 即使是在IGBT断开的时间段内，由于FWD 的反向恢复时的dv/dt 会发生误动作，形成脉冲状的集电极电流，从而产生不必要的发热。
这种现象被称为dv/dt 误触发，+V GE越高越容易发生。
(7) +V GE越高，短路电流值越高。
(8) +V GE越高，短路最大耐受量越小。
1.2门极反偏压电压：-V GE（阻断期间）门极反偏压电压-V GE的推荐值为-5V到-15V。
下面说明-V GE设计时应注意的事项。
(1) 请将V GE设计在G-E 间最大额定电压V GES=±20V max. 的范围内。
(2) 电源电压的变动推荐在±10% 范围内。
(3) IGB的关断特性依存于-V GE，特别是集电极电流开始关断部分的特性在很大程度上依存于–V GE。
因此，-V GE越大，关断交换时的时间和损耗越小。
(4) dv/dt 误触发在-V GE小的情况下也有发生，所以至少要设定在-5V 以上。
集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动
三、基于ABB不对称型IGCT—5SHY35L4510的驱动电路 1. 5SHY35L4510简介
阻断参数：
断态重复峰值电压VDRM:IGCT在阻断状态能承受的正向最大重复电压(门极加-2V 以上反向电压)。VDRM=4500V
断态重复峰值电流IDRM:IGCT在重复峰值阻断电压下的正向漏电流(门极加-2V以 上反向电压)。IDRM≦50mA
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）是在SCR问世后不久出现的全控型器件，其 电气图形如右图所示。
主要优点是：全控，容量大，工作可靠 主要缺点是：开关速度比较慢，需要门极大电流
才能实现开断，关断控制较易失败
3.电力晶体管（GTR）
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译过来
其次在J3结截止后，IGCT阳极电压开始快速建立和上 升，IGCT开始逐步恢复阻断能力。由于IGCT的J3结在存储 时间内己经截止，IGCT的电流也随即从IGCT的阴极换流到 门极。因此电流通过Q1的发射极和集电极、IGCT门极以及 门极驱动电路内继续流通。IGCT关断电流越大，下降时间 越长。较高的门极电流上升率可以缩短IGCT关断下降时间。
具体的导通过程如下：
当UGK被反向施加到IGCT的门极和阴极之间，IGCT关 断过程由此开始，包括三个阶段:
首先门极被反向偏置后，UGK即开始从IGCT的P、N基 区抽出超量存储的少数载流子。等到少子被基本抽取干净 后，J3结逐步阻断，这段时间称为存储时间(ts)。它与少子 寿命、PN基区宽度有关，驱动电路提供电流大小有关。驱 动电流越大，存储时间越小。
压且IGCT承受这种浪涌电流的次数是有限的。
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。
IGBT门极驱动设计规范要求
IGBT门极驱动设计规范要求IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于工业控制、电力电子和交通运输等领域。
IGBT门极驱动设计规范要求如下：1.输出电流能力：IGBT门极驱动器应具备足够的输出电流能力，以确保驱动IGBT的门极电流达到所需水平。
一般来说，IGBT驱动器的输出电流应远大于所驱动的IGBT的最小门极电流。
2.高电压隔离：由于IGBT控制端与功率电源之间存在高电压差，因此门极驱动器具备高电压隔离功能是必要的。
这可以通过选用具有高电压隔离能力的光耦合器或变压器来实现。
3.低电压开关和闭合时间：IGBT门极驱动器应具备较短的开关和闭合时间，以确保IGBT在导通和截止之间能快速切换，减少开关过渡过程中的功耗和损耗。
同时，快速开关和闭合时间还能降低电磁干扰和提高系统的响应速度。
4.强大的抗干扰能力：IGBT门极驱动器应具备强大的抗干扰能力，能够抵御电磁干扰、温度变化、电源波动等外部环境因素的影响。
这可以通过电源滤波、屏蔽和抗干扰电路的设计来实现。
5.安全保护措施：IGBT门极驱动器应具备多重安全保护措施，以确保系统的安全运行。
常见的安全保护功能包括过温保护、短路保护、过流保护和过压保护等。
这些保护功能可以通过无源或有源电路来实现。
6.可靠性和稳定性：IGBT门极驱动器应具备良好的可靠性和稳定性，能够在长期运行和恶劣环境条件下保持正常工作。
为了提高可靠性和稳定性，应选用高质量的器件和元器件，并进行充分的测试和验证。
7.低功耗和高效率：IGBT门极驱动器应具备低功耗和高效率的特点，以节省能源和提高系统的工作效率。
这可以通过优化电路设计、降低开关损耗和改进功率传输效率来实现。
8.应用灵活性：IGBT门极驱动器应具备较高的应用灵活性，能够适应不同的IGBT型号、功率级别和工作条件。
这可以通过提供丰富的接口和调节选项来实现。
9.低噪声和电磁兼容性：IGBT门极驱动器应具备低噪声和良好的电磁兼容性，能够减少电磁干扰和对其他电子设备的影响。
IGBT的驱动电路设计
目录一. 方案论证……………………………………………….1-3二. IGBT驱动电路的原理…………………………………4-5三. 基于EXB 841驱动电路设计…………………………...6-7四. 元件清单 (8)五. 结论 (9)六. 参考书目 (9)一.方案论证绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedG ateB ipolarTransistor)是一种由双极晶体管与MOSFET组合的器件，它既具有MOSFET的栅极电压控制快速开关特性，又具有双极晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点，近年来在各种电力变换装置中得到广泛应用。
但是，IGBT的门极驱动电路影响IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路电流能力及dine / d t等参数，决定了IGBT的静态与动态特性。
因此，在使用IGBT时，最重要的工作就是要设计好驱动与保护电路。
典型的IGBT栅极驱动电路一个理想的IGBT 驱动器应具有以下基本性能:(1) 动态驱动能力强,能为IGBT 栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。
当IGBT 在硬开关方式下工作时,会在开通及关断过程中产生较大的开关损耗。
这个过程越长,开关损耗越大。
器件工作频率较高时,开关损耗甚至会大大超过IGBT 通态损耗,造成管芯温升较高。
这种情况会大大限制IGBT 的开关频率和输出能力,同时对IGBT 的安全工作构成很大威胁。
IGBT 的开关速度与其栅极控制信号的变化速度密切相关。
IGBT 的栅源特性呈非线性电容性质,因此,驱动器须具有足够的瞬时电流吞吐能力,才能使IGBT 栅源电压建立或消失得足够快,从而使开关损耗降至较低的水平。
另一方面,驱动器内阻也不能过小,以免驱动回路的杂散电感与栅极电容形成欠阻尼振荡。
同时,过短的开关时间也会造成主回路过高的电流尖峰,这既对主回路安全不利,也容易在控制电路中造成干扰。
（2）能向IGBT提供适当的正向栅压。
IGBT 导通后的管压降与所加栅源电压有关,在漏源电流一定的情况下, u GS越高, uDS就越低,器件的导通损耗就越小,这有利于充分发挥管子的工作能力。
(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门极驱动电路设计
科学咨询/科技管理2019年第33期(总第652期)塞尔认为，学校午餐计划实施以来在儿童健康和农产品分配方面取得了巨大成效，任何人都不应该拒绝给学校的贫困儿童提供免费午餐。
在法案酝酿的过程中，参议员罗伯特·塔夫脱(Robert Taft)对各州之间不成比例的资金分配表示怀疑，试图通过修正案将午餐计划的支出从1亿美元减少到5750万美元，后来经过拉塞尔和其他参议员的热情捍卫，使塔夫脱的两次修正案都被否决，为《全国学校午餐法》的通过扫清了障碍。
[6]拉塞尔将美国儿童的健康与国家繁荣和实力联系起来，精心设计了“全国学校午餐计划”这一20世纪最持久、最受欢迎的联邦福利计划之一。
1946年5月24日，参议院批准通过了《全国学校午餐法》，6月4日由杜鲁门总统签署正式成为法律。
法案主要在法定拨款、各州分摊情况、营养要求等方面作了具体规定。
根据法案规定，财政部在每个财政年应拨出必要的款项，以便于农业部长落实本法案的内容；各州学校与教育部门签署协议，每顿午餐的平均费用为10.5美分；贫困家庭需要提交“家庭审查表”来进行供地方教育机构核查审批是否有资格获得免费午餐；最低营养标准应基于学校午餐每周的平均营养成分，学校午餐必须符合美国人适用膳食指南的要求，饮食中必须包括蛋白质、维生素A、维生素C、铁、钙和热量。
[7]《全国学校午餐法》作为一项国家儿童福利法，通过法律的形式来规定各州在学校午餐计划中的职责和义务。
联邦政府通过供应食物、设施和服务人员等来保证学校午餐计划的正常实施。
全国学校午餐计划的确立和实施在稳定社会秩序、提供就业和促进经济发展等方面起到了不可忽视的作用。
四、结束语自《全国学校午餐法》通过的第二年开始，拉塞尔一直尽心尽力地监督着法案的积极实施。
经过拉塞尔的不断努力，联邦拨款在1961年增加到9370万美元，儿童参与人数上升到1350万。
[6]在全国范围内，成千上万的公办学校和非营利性的私立学校中超过2500万儿童在上学日可以通过学校早午餐、特殊牛奶计划和夏季食品服务计划来获得健康食品。
igbt驱动
igbt驱动•IGBT驱动是用来驱动绝缘栅双极晶体管（IGBT）的驱动电路，IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。
目录•igbt驱动的要求•igbt驱动的应用举例•igbt驱动的注意事项igbt驱动的要求•根据IGBT 的特性, 其对驱动电路的要求如下:(1) 提供适当的正反向电压, 使IGBT 能可靠地开通和关断。
当正偏压增大时IGBT 通态压降和开通损耗均下降, 但若U GE过大, 则负载短路时其IC 随U GE增大而增大, 对其安全不利, 使用中选U GEn 15V 为好。
负偏电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通, 一般选U GE= - 5V 为宜。
(2) IGBT 的开关时间应综合考虑。
快速开通和关断有利于提高工作频率, 减小开关损耗。
但在大电感负载下, IGBT 的开频率不宜过大, 因为高速开断和关断会产生很高的尖峰电压, 及有可能造成IGBT 自身或其他元件击穿。
(3) IGBT 开通后, 驱动电路应提供足够的电压、电流幅值, 使IGBT 在正常工作及过载情况下不致退出饱和而损坏。
(4) IGBT 驱动电路中的电阻R G 对工作性能有较大的影响, R G 较大, 有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率, 但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗; R G 较小, 会引起电流上升率增大, 使IGBT 误导通或损坏。
R G 的具体数据和驱动电路的结构及IGBT 的量有关, 一般在几欧～几十欧, 小容量的IGBT 其R G 值较大。
(5) 驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IG2BT 的保护作用。
IGBT 的控制、驱动及保护电路等应和其高速开关特性相匹配, 另外, 在未采取适当的防静电措施情况下, G―E 断不能开路。
igbt驱动的应用举例•1 直接驱动法如图所示, 为了使IGBT 稳定工作, 一般要求双电源供电方式, 即驱动电路要求采用正、负偏压的两电源方式, 输入信号经整形器整形后进入放大级, 放大级采用有源负载方式以提供足够的门极电流。
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。
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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门极电阻的阻值不能小于 “测试过的门极驱动电阻 测试过的门极驱动电阻” 测试过的门极驱动电阻 这个 模块为 2 Ohm
Norbert Pluschke1001
7
如何选择正确的门极驱动电阻? 如何选择正确的门极驱动电阻
195A – max reverse recovery current
Rg = 2 Ohm
设计参数：
反向恢复二极管的电流为-
1.5 x I diode by 80 degree case
270 A x 1.5 = 405 A
fsw = 10 kHz Rg = ?
Norbert Pluschke1001
6
如何安全地使用IGBT 如何安全地使用
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
Norbert Pluschke1001
4
我们应该使用什么样的驱动
小功率的IGBT驱动
220V AC - - - -自举IGBT驱动, 高频脉冲变压器, 直流电压驱动 400V AC - - - - 采用简单光藕的新型自举IGBT驱动器
中等功率的IGBT驱动
400V AC - - - - 采用自举供电的光藕 690V AC - - - - 隔离的脉冲变压器以及复杂的IGBT驱动系统
Norbert Pluschke1001
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计算峰值门极电流
计算在最小的门极电阻情况下的峰值驱动电流 E.g. RG.on = RG.off = 2Ω Ig.puls ≈ ∆V / RG + Rint = 23V / (2Ω + 2Ω) = 5.75 A
Chip resistance (data sheet)
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自举驱动电路 – 非隔离 - L6386D
Norbert Pluschke1001
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电气隔离的要求
为了保护弱电控制系统 远离高压，电气隔离是 必须的。 Signal processing TOP + VDC
隔离可以通过以下方式 实现 -光藕 -脉冲变压器 小功率逆变器采用自举 驱动电路时，必须把控 制板的地和功率地隔离 开。 BOT
Norbert Pluschke1001
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GND
Norbert Pluschke1001
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HCPL-316J – 采用光藕的 采用光藕的IGBT驱动器 驱动器
隔离
Norbert Pluschke1001
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低成本IGBT驱动电路 驱动电路 低成本
Norbert Pluschke1001
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TD350 – 采用外部光藕的 采用外部光藕的IGBT驱动电路 驱动电路
Norbert Pluschke1001
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考虑门极的开通和关断延迟
门极电阻会影响以下参数
开通时间(影响di/dt) 开通延迟 关断时间 (影响dv/dt) 关断延迟
由于开通和关断时间的不同，选用了不合适的门极电阻可能会导 致模块的上半桥臂和下半桥臂同时导通。 门极电阻会影响上下两个半桥IGBT之间的真正死区时间。
大功率IGBT驱动
采用隔离变压器的IGBT驱动 采用Vce饱和压降进行过流检测和管理的IGBT驱动系统，包括软关断动作， 以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断。
Norbert Pluschke1001
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如何安全地使用IGBT 如何安全地使用
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
过压会根据电流的不同而变化
短路， 过载
在 过压的同时会因为吸收电容的存在而产生振荡。检查吸收电容 的漏感。 漏感和吸收电容的振荡会在IGBT 产生一个高压。 分析IGBT内部的压降
模块内部的漏感 （会降低端子上的电压)
vCE(t), iC(t) VCC IO
漏感造成的过压
0
t
=−
×
Norbert Pluschke1001
Norbert Pluschke1001
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IGBT门极和发射极的保护措施 所有的 门极和发射极的保护措施— 所有的IGBT驱动 门极和发射极的保护措施 驱动
Cge = Ciss
Rg1
必须离IGBT很近 很近 必须离
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Norbert Pluschke1001
考虑过压和反向恢复电流
IGBT门极和发射极的保护措施
必须进行防静电处理 电路的保护措施
门极和发射极间的电阻– 4.7kOhm to 10kOhm 双向稳压二极管(16.8V – 17.5V) GE间加入小电容去掉振荡
必须考虑上下管同时导通的情况因为
dv/dt太高 (米勒电容会产生一个电流，而且还改变集射极的电压（考虑到门 限电压值），在门极和发射极中加入负电压进行关断可以避免这个问题。 上下桥臂ＩＧＢＴ的开通和关断延迟
January 2010
Norbert Pluschke1001
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Norbert Pluschke1001
2
目录
定义和分类 IGBT的使用和门极电路设计 各类型的驱动电路介绍 IGBT过压的产生和抑制机理
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3
IGBT驱动的作用 驱动的作用 在电力电子装置中的一个重要组成部分,输入连接到控制电路 的PWM信号输出端，输出连接到装置各IGBT的门极和发射极 ，将装置中的控制电路产生的数字PWM信号进行 隔离传输和 电平转换和功率放大,实现控制电路对IGBT进行开通和关断动 作的控制，从而实现装置的功率变换功能。 如果电力电子装置比作是一个人，控制电路可以看作是大 脑，功率电路看作是手和脚，驱动电路就是连接大脑和手脚 之间的脊椎和神经。 驱动电路设计的好坏可以影响整个装置的稳定和可靠性。
26
无变压器的由贴片元件组成的IGBT驱动电路 驱动电路(page 24) 无变压器的由贴片元件组成的 驱动电路
Vce 压降检测的二极管在主功率板上 变压器和电源都在主板上 一个逆变器需要6个驱动电路
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在IGBT进行关断动作时是否有过压 进行关断动作时是否有过压
Norbert Pluschke1001
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采用脉冲变压器的IGBT驱动电路 驱动电路 采用脉冲变压器的
+15V
+15V/-8V管理
脉冲变压器 Gate
- 8V
G 在短路以及IGBT开通时， 通过该电路降低门极和 发射极间的电压 -两级开通策略
Collector
Vce管理
Norbert Pluschke1001
Norbert Pluschke1001
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选择合适的门极驱动电路
驱动电路的最大参数必须不小于实际使用的和计算 出来的值。
门极电荷 QG = 2230 nC
平均电流 IoutAV = 22.3mA 最大门极电流 Ig.pulse = 5.75 A 最大开关频率 fsw = 10kHz 集射极最大电压VCE = 1200V 驱动的通道数量: 2 (GB模块) 双驱动电路
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开通死区时间计算
Norbert Pluschke1001
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关断死区时间计算
Norbert Pluschke1rbert Pluschke1001
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门极电阻对延迟的影响
Norbert Pluschke1001
17
Norbert Pluschke1001
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Focus February 2010
Release 27th February 2010
“Water Cooling Technology”
- why water cooling? - advantage of devices without base plate for water cooling concepts - How to improve the thermal resistance ? - construction advice (air bubble) - high power density concept with water cooled heat sink and SKiM
15
⇒ QG = 2230 nC
-8
2230 nC
Norbert Pluschke1001
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计算平均电流
计算平均电流: IoutAV = P / ∆U ∆V = +Vg + [-Vg]
根据公式P = E * fsw = QG * ∆V * fsw
绝对值
⇒ IoutAV = QG * fsw = 2230 nC * 10kHz = 22.3 mA
两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻 Ron = 2 Ohm Roff = 5 Ohm (降低过压尖峰)
Norbert Pluschke1001
开通电阻太小 避免出现振荡
8
确定IGBT的门极充电参数 的门极充电参数 确定
门极电荷由SEMITRANS的datasheet 中的图表6 可以看到
门极驱动电路中典型 的开通和关断电压分 别是 VGG+ = +15V VGG- = -8V
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软关断
当软关断时,必须外接一个短路电阻去和门极关断电阻串联
RG on
软关断 RG off 软关断策略可以降低电压尖峰
RG off,
SC
vCE(t), iC(t) VCC IO 0
VGG-
t
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IGBT Driver Design Rules
采用合适的开通和关断电阻