發布日期：2022-07-24 點擊率：113
本文著重介紹三個IGBT驅動電路。驅動電路的作用是將單片機輸出的脈沖進行功率放大，以驅動IGBT，保證IGBT的可靠工作，驅動電路起著至關重要的作用，對IGBT驅動電路的基本要求如下：
?。?） 提供適當的正向和反向輸出電壓，使IGBT可靠的開通和關斷。
（2） 提供足夠大的瞬態功率或瞬時電流，使IGBT能迅速建立柵控電場而導通。
（3） 盡可能小的輸入輸出延遲時間，以提高工作效率。
?。?） 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號電路與柵極驅動電路絕緣。
（5） 具有靈敏的過流保護能力。
驅動電路EXB841/840
EXB841 工作原理如圖1，當EXB841的14腳和15腳有10mA的電流流過1us以后IGBT正常開通，VCE下降至3V左右，6腳電壓被 鉗制在8V左右，由于VS1穩壓值是13V，所以不會被擊穿，V3不導通，E點的電位約為20V，二極管VD截止，不影響V4和V5正常工作。
IGBT驅動電路和保護方法詳解" src="http://data.51spec.com:88/51spec/202011/03/111601541.jpg" height="291" width="488"/>
當 14腳和15腳無電流流過，則V1和V2導通，V2的導通使V4截止、V5導通，IGBT柵極電荷通過V5迅速放電，引腳3電位下降至0V，是 IGBT柵一 射間承受5V左右的負偏壓，IGBT可靠關斷，同時VCE的迅速上升使引腳6“懸空”。C2的放電使得B點電位為0V，則V S1仍然不導通，后續電路不動作，IGBT正常關斷。
如有過流發生，IGBT的V CE過大使得VD2截止，使得VS1擊穿，V3導通，C4通過R7放電，D點電位下降，從而使IGBT的柵一射間的電壓UGE降低 ，完成慢關斷，實現對IGBT的保護。由EXB841實現過流保護的過程可知，EXB841判定過電流的主要依據是6腳的電壓，6腳的電壓不僅與VCE 有關，還和二極管VD2的導通電壓Vd有關。
典型接線方法如圖2，使用時注意如下幾點：
a、IGBT柵-射極驅動回路往返接線不能太長（一般應該小于1m），并且應該采用雙絞線接法，防止干擾。
b、由于IGBT集電極產生較大的電壓尖脈沖，增加IGBT柵極串聯電阻RG有利于其安全工作。但是柵極電阻RG不能太大也不能太小，如果 RG增大，則開通關斷時間延長，使得開通能耗增加;相反，如果RG太小，則使得di/dt增加，容易產生誤導通。
c、圖中電容C用來吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化，并不是電源的供電濾波電容，一般取值為47 F。
d、6腳過電流保護取樣信號連接端，通過快恢復二極管接IGBT集電極。
e、14、15接驅動信號，一般14腳接脈沖形成部分的地，15腳接輸入信號的正端，15端的輸入電流一般應該小于20mA，故在15腳前加限流電阻。
f、為了保證可靠的關斷與導通，在柵射極加穩壓二極管。
b、端口VL/Reset
這個端子是用來定義具有施密特性質的輸入InA和InB的，使得輸入在2/3VL時開通，在I/3 VL時作為關斷信號。當PWM信號是TTL電平時， 該端子連接如圖3-5所示，當輸入InA和InB信號為15V的時候，該端子應該通過一個大約1K左右的電阻連接到++15V電源上，這樣開啟和關斷電壓 分別應該是lov和5V。另外，輸入UL/Reset端還有另外的功能：如果其接地，則邏輯驅動接口單元l.DI001內的錯誤信息被清除。
c、門極輸出端
門極輸出Gx端子接電力半導體的門極，當SCALE驅動器用15V供電的時候，門極輸出土15V.負的門極電壓由驅動器內部產生。使用如圖3-6 結構的電路可以實現開通和關斷的速度的不一樣，增加了用戶使用的靈活性。
d、布局和布線
驅動器應該盡可能近的和功率半導體放在一起，這樣從驅動器到電力晶體管的引線就會盡可能的短，一般來說驅動器的連線盡量不要長 過10厘米。同時一般要求到集電極和發射極的引線采用絞合線，還有可以在IGBT的門極和發射極之間連接一對齊納穩壓二極管（15~18V） 來保護IGBT不會被擊穿。
驅動模塊的模式選擇端MOD外接+15V電源，輸入引腳RC1和RC2接地，為直接工作模式。邏輯控制電平采用+15V，信號輸入管腳InA、 InB連 接在一起接收來自單片機的脈沖信號，進行同步控制。2SD315A的SO1和SO2兩只管腳外接三極管和光耦用來向單片機輸出兩輸出通道的 工作狀態，其輸出端結構皆為集電極開路輸出，可以通過外接上拉電阻以適用于各種電平邏輯。 在管腳SO1、SO2和電源之間以及VisoX 和LSX之間加發光二極管進行故障指示。正常情況下SO1和SO2輸出皆為高電平，上電后D3和D4先亮，延時幾秒后熄滅，同時D8和D15發亮。
當檢測到故障信號時，SO1和SO2的輸出電平被拉低到地，即D3和D4發亮，同時D8和D15閃爍。2SD315A是通過監測UCE（sat）來 判斷回路是否 短路和過流，當檢測到一路或兩路發生過流現象時，檢測電路會把異常狀態回饋到驅動模塊，驅動模塊內部會產生一個故障信號并將它 鎖存，鎖存時間為1s，在這段時間內，驅動模塊不再輸出信號，而是將兩組IGBT及時關斷予以保護。同時，狀態輸出管腳SO1和SO2的高電平 被拉低，光耦TLP521導通，兩路狀態信號通過或門74LS32送給單片機。為防止因關斷速度太快在IGBT的集電極上產生很高的反電動勢，在門極輸出 端采用如圖所示的電路結構實現開通和關斷速度的不同。開通時門極電阻為3.4Ω，關斷時電阻為6.8Ω，二極管采用快恢 復型，這樣就使關斷速度下降到安全水平。
IGBT短路失效機理
IGBT負載短路下的幾種后果
?。?） 超過熱極限：半導體的本征溫度極限為250℃，當結溫超過本征溫度，器件將喪失阻斷能力，IGBT負載短路時，由于短路電流時結溫升 高，一旦超過其熱極限時，門級保護也相應失效。
?。?） 電流擎住效應：正常工作電流下，IGBT由于薄層電阻Rs很小，沒有電流擎住現象，但在短路狀態下，由于短路電流很大，當Rs上的壓降 高于0.7V時，使J1正偏，產生電流擎住，門級便失去電壓控制。
?。?） 關斷過電壓：為了抑制短路電流，當故障發生時，控制電路立即撤去正門級電壓，將IGBT關斷，短路電流相應下降。由于短路電流大， 因此，關斷中電流下降率很高，在布線電感中將感生很高的電壓，尤其是在器件內封裝引線電感上的這種感應電壓很難抑制，它將使器件有過電流變為關斷過電壓而 失效。
IGBT過流保護方法
?。?） 減壓法：是指在故障出現時，降低門級電壓。由于短路電流比例于外加正門級電壓Ug1，因此在故障時，可將正門級電壓降低。
?。?） 切斷脈沖方法：由于在過流時，Uce電壓升高，我們利用檢測集電極電壓的方法來判斷是否過流，如果過流，就切斷觸發脈沖。同時盡 量采用軟關斷方式，緩解短路電流的下降率，避免產生過電壓造成對IGBT的損壞。
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