一种脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路的设计研究
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研 究 与 开 发
种 脉 冲变压 器 隔离 的 Ｉ ＧＢ Ｔ驱 动 电路 的设计研 究
一
刘 虹 伶 刘 明 宇
（ 重 庆 大学 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ４）
摘要 本 文着 重 分析 了变压器 隔离驱 动 的技术 特 点 ，讨论 了保 护 电路 的基 本 要求 ， 给 出 了一 个 具有保 护功 能 的 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 驱 动 电路和 关键 参数 设计 。分 析及 试验表 明，该 驱 动 电路 简单 、适 用 、
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的驱动 电路 是 Ｐ ＷＭ 控制 器与 Ｉ ＧＢ Ｔ栅极 之 间的接 口 电路 ，它 对系 统 的功耗 和 可靠 性等 方面
时 ，输 出波形 会整 体 下移 ，正 脉冲 幅值 往 往过 低 ， 会 出现 不 能有 效驱 动 的情 况 。 因此变 压器 直接 隔离 驱 动 主 要 用 于 占 空 比变 化 不 大 以及 功 率 不 大 的 场
本 文针 对变 压器 边 缘耦 合方 式 的结 构特 点 ，提
出 了一 种 新型 驱动 电路 ，具 备 占空 比传 递范 围 宽 、
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ短 路保 护 、正负脉 冲输 出的功 能 ， 而 且还 具有 结构简 单可 靠 的特 点 。
１ 变压 器 隔离驱 动 的技术特 点
变压 器只 能传 输 交流 ，如 果使 用变 压 器直 接传 输大 占空 比 Ｐ ＷＭ 信 号 ， 初 级就 必须 串联 隔直 电容 ， 防止 变压 器 饱和 。而 变压 器 次级 的输 出波 形 ，仍然 满足等 伏 ・ 秒 数 原理 ，当 占空 比减 小 时，输 出波 形会 整体 上移 ，正脉冲 幅 值升 高 ，必 须采 用稳 压管 进行 限幅 ，导致 栅极 电阻 的附加损 耗 。而 当 占空 比加 大
研 究 与 开 发
信 号 占空 比为零 时， ＲＳ锁存器 输 出 电平不 确定 的 问 题 。如 果输 出的是 高 电平 ，则会 导致 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 非 正常 导通 ，必须避 免 。 为 此 ，本 文采 用非 门构 建 的施 密特 触发 器来 实
主 流 的变 压 器 隔 离 驱 动 技 术 ：变 压 器 仅 传 输 Ｐ ＷＭ 的微分 脉 冲信 号 ，南于 微分 脉 冲信 号宽度 很 窄 ， 当 占空 比宽范 围变 化 时 ，只是 微分 脉冲 的位置 随之 变化 ， 伏・ 秒数 几 乎不会 改变 ， 变压 器仅 对 Ｐ ＷＭ 波 的边缘 进 行耦 合 ，而 且几 乎 不传 输 能量 ， 因此变 压 器 的体积 很 小 。所 输 出的微 分脉 冲 ，再 借助 解调 电路恢 复 出 Ｐ ＷＭ。 该方 案虽 然存 在着 要 为次 级 回路 提 供 工作 电源 以及 结 构相对 复 杂 的 问题 ，但 是具 有
隔 离 电压 高 以及 容 易构 成 大 功 率 驱 动 器 的突 出 优
点。
２ 驱 动 电路 设 计
２ ． １ Ｐ Ｗ Ｍ 波重构
将 Ｐ ＷＭ 波 的边缘微 分 脉冲 重新 转换 为 Ｐ ＷＭ 波 ，采 用 Ｒ Ｓ锁存 器最 为方 便 。但 是存在 着 当 Ｐ ＷＭ
９ ４ ｌ ｌ ｔ ｔ ￣ Ｉ Ｈ ｌ ｔ ｔ ２ ０ １ ７ 年 第 ３ 期
ｉ ｓ ｏｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｒ ｉ ｖｅ ａ ｎ ｄ ｄｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂａ ｓ ｉ ｃ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏｆ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ．Ａｎ Ｉ Ｇ ＢＴ ｄ ｒ ｉ ｖｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｋ ｅ ｙ ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｔｈｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｐｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈｉ ｓ ｄ ｒ ｉ ｖｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ， ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂｌ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：Ｉ ＧＢＴ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ； ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｆ ｏｒ ｍｅ ｒ ｉ ｓ ｏｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
可靠。
关键 词 ：Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ驱 动 电路 ；脉 冲 变压器 隔离； 短路保 护
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ Ｉ Ｇ ＢＴ Ｄｒ ｉ ｖｅ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ
Ｐｕｌ ｓ ｅ Ｔｒ ａ ｎｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ Ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
合来自百度文库
有着 很 大 的关联 性 。 目前 驱 动 电路主 要采 用快 速 光
耦 或变 压器 来实 现 隔离 的 。 比之 光耦 隔 离方 式 ，变
压 器 隔离 的 电压 较 高 ，延迟 较 小 ，可 以实现较 高 的
开关频 率 ，并 且还 具有 可靠 性 高和 不存 在老 化 的突
出优 点【 ” 。
Ｌｉ ｕＨｏ ｎ ｇｌ ｉ ｎ ｇ Ｌｉ ｕ Ｍｉ ｎ ｇ ｙｕ
（ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ４ ４ ）
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈｅ ｐ ａ ｐｅ ｒ ｅ ｍｐ ｈａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ
种 脉 冲变压 器 隔离 的 Ｉ ＧＢ Ｔ驱 动 电路 的设计研 究
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刘 虹 伶 刘 明 宇
（ 重 庆 大学 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ４）
摘要 本 文着 重 分析 了变压器 隔离驱 动 的技术 特 点 ，讨论 了保 护 电路 的基 本 要求 ， 给 出 了一 个 具有保 护功 能 的 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 驱 动 电路和 关键 参数 设计 。分 析及 试验表 明，该 驱 动 电路 简单 、适 用 、
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的驱动 电路 是 Ｐ ＷＭ 控制 器与 Ｉ ＧＢ Ｔ栅极 之 间的接 口 电路 ，它 对系 统 的功耗 和 可靠 性等 方面
时 ，输 出波形 会整 体 下移 ，正 脉冲 幅值 往 往过 低 ， 会 出现 不 能有 效驱 动 的情 况 。 因此变 压器 直接 隔离 驱 动 主 要 用 于 占 空 比变 化 不 大 以及 功 率 不 大 的 场
本 文针 对变 压器 边 缘耦 合方 式 的结 构特 点 ，提
出 了一 种 新型 驱动 电路 ，具 备 占空 比传 递范 围 宽 、
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ短 路保 护 、正负脉 冲输 出的功 能 ， 而 且还 具有 结构简 单可 靠 的特 点 。
１ 变压 器 隔离驱 动 的技术特 点
变压 器只 能传 输 交流 ，如 果使 用变 压 器直 接传 输大 占空 比 Ｐ ＷＭ 信 号 ， 初 级就 必须 串联 隔直 电容 ， 防止 变压 器 饱和 。而 变压 器 次级 的输 出波 形 ，仍然 满足等 伏 ・ 秒 数 原理 ，当 占空 比减 小 时，输 出波 形会 整体 上移 ，正脉冲 幅 值升 高 ，必 须采 用稳 压管 进行 限幅 ，导致 栅极 电阻 的附加损 耗 。而 当 占空 比加 大
研 究 与 开 发
信 号 占空 比为零 时， ＲＳ锁存器 输 出 电平不 确定 的 问 题 。如 果输 出的是 高 电平 ，则会 导致 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 非 正常 导通 ，必须避 免 。 为 此 ，本 文采 用非 门构 建 的施 密特 触发 器来 实
主 流 的变 压 器 隔 离 驱 动 技 术 ：变 压 器 仅 传 输 Ｐ ＷＭ 的微分 脉 冲信 号 ，南于 微分 脉 冲信 号宽度 很 窄 ， 当 占空 比宽范 围变 化 时 ，只是 微分 脉冲 的位置 随之 变化 ， 伏・ 秒数 几 乎不会 改变 ， 变压 器仅 对 Ｐ ＷＭ 波 的边缘 进 行耦 合 ，而 且几 乎 不传 输 能量 ， 因此变 压 器 的体积 很 小 。所 输 出的微 分脉 冲 ，再 借助 解调 电路恢 复 出 Ｐ ＷＭ。 该方 案虽 然存 在着 要 为次 级 回路 提 供 工作 电源 以及 结 构相对 复 杂 的 问题 ，但 是具 有
隔 离 电压 高 以及 容 易构 成 大 功 率 驱 动 器 的突 出 优
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２ 驱 动 电路 设 计
２ ． １ Ｐ Ｗ Ｍ 波重构
将 Ｐ ＷＭ 波 的边缘微 分 脉冲 重新 转换 为 Ｐ ＷＭ 波 ，采 用 Ｒ Ｓ锁存 器最 为方 便 。但 是存在 着 当 Ｐ ＷＭ
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可靠。
关键 词 ：Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ驱 动 电路 ；脉 冲 变压器 隔离； 短路保 护
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有着 很 大 的关联 性 。 目前 驱 动 电路主 要采 用快 速 光
耦 或变 压器 来实 现 隔离 的 。 比之 光耦 隔 离方 式 ，变
压 器 隔离 的 电压 较 高 ，延迟 较 小 ，可 以实现较 高 的
开关频 率 ，并 且还 具有 可靠 性 高和 不存 在老 化 的突
出优 点【 ” 。
Ｌｉ ｕＨｏ ｎ ｇｌ ｉ ｎ ｇ Ｌｉ ｕ Ｍｉ ｎ ｇ ｙｕ
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