IGBT的驱动保护电路
【摘要】本文介绍了IGBT门极驱动保护电路的分类，分析了IGBT驱动保护电路的发展趋势，对常用IGBT驱动器如光耦隔离型、变压器隔离型等典型电路进行了分析，并将市场上常用厂家生产的IGBT驱动器工作参数和性能进行了比较，结合对工程实践中IGBT故障的分析，讨论了选用IGBT驱动器时的参考原则。
【关键词】IGBT;驱动;保护
ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers. IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the the IGBT fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.
KEY WORDS：IGBT;drive;protection
绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor简称IGBT）是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。但是IGBT 良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理，制约着IGBT的推广及应用。因此本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路[1]。
1.IGBT驱动电路特性及可靠性分析
IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压、负偏压和门极电阻的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由电流引起的误触发等问题[2-3]。
根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：
（1）由于是容性输出输出阻抗;因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。
（2）用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT 不至退出饱和而损坏。
（3）门极电路中的正偏压应为+12～+15V;负偏压应为-2V～-10V。
（4）IGBT驱动电路中的电阻对工作性能有较大的影响，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;较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。的具体数据与驱动电路的结构及IGBT的容量有关，一般在几欧～几十欧，小容量的IGBT 其值较大。
（5）驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保护功能。IGBT 的控制、驱
动及保护电路等应与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，IGBT的 G～E 极之间不能为开路。
2.IGBT驱动电路分类
根据IGBT的静态特性、开关暂态特性并考虑其允许的安全工作区，IGBT工作时门极驱动保护电路应满足如下基本要求：提供足够的栅极电压来开通IGBT，并在开通期间保持这个电压;在最初开通阶段，提供足够的栅极驱动电流来减少开通损耗和保证IGBT的开通速度;在关断期间，提供一个反向偏置电压来提高IGBT抗暂态的能力和抗EMI噪声的能力并减少关断损耗;在IGBT功率电路和控制电路之间提供电气隔离，对IGBT逆变器，一般要求的电气隔离为2500V以上;在短路故障发生时，驱动电路能通过合理的栅极电压动作进行IGBT保护，并发出故障信号到控制系统。
2.1 直接驱动电路
如图1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。为消除可能出现的振荡现象，IGBT 的栅射极间接入了RC网络组成的阻尼滤波器。此种驱动电路适用于小容量的IGBT。
图1 IGBT直接驱动电路
2.2 光电隔离驱动电路
光耦隔离驱动电路如图2所示。由于IGBT是高速器件，所选用的光耦必须是小延时
的高速型光耦，由控制器输出的方波信号加在三极管的基极，驱动光耦将脉冲传递至整形放大电路，经放大后驱动由T1、T2组成的对管。对管的输出经电阻R驱动IGBT。
图2 IGBT直接驱动电路
2.3 变压器隔离驱动电路
图3是IGBT的变压器隔离驱动电路。图中的辅助MOS管是N沟道增强型MOS管，其漏极为D、原极为S、栅极为G。P端有正信号输入时，变压器的二次侧电压VGS经二极管D1向IGBT提供开通电压并给门极/源极结电容C充电，这时辅助MOS管受反偏（S点为正，G点为负）而阻断，阻断了IGBT门极结电容C经MOS管放电。当P端有负信号输入，脉冲变压器二次侧VGS>0，辅助MOS管导通，D、S两点导通，抽出IGBT门极结电容C的电荷，使其关断。
