1,、驅(qū)動電路的基本要求
一個理想的IGBT驅(qū)動電路應(yīng)具有以下基本性能：
(1)動態(tài)驅(qū)動能力強,，能為IGBT柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動電壓脈沖；
(2)IGBT導(dǎo)通后,，柵極驅(qū)動電路提供給IGBT的驅(qū)動電壓和電流要有足夠的幅度,，使IGBT的功率輸出級總處于飽和狀態(tài)，瞬時過載時,，柵極驅(qū)動電路提供的驅(qū)動功率要足以保證IGBT不退出飽和區(qū)而損壞；
(3)能向IGBT提供適當?shù)恼驏艍?，一般?15V為宜,；
(4)能向IGBT提供足夠的反向柵壓，利于IGBT的快速關(guān)斷,，幅值一般為5V-15V,；
(5)由于IGBT多用于高壓場合，驅(qū)動電路必需有足夠的輸入輸出電隔離能力且不影響驅(qū)動信號的正常傳輸,；
(6)具有柵壓限幅電路,，保護柵極不被擊穿；
(7)輸入輸出信號傳輸具有盡可能短的延時,；
(8)當IGBT負載短路或過流時,，能在IGBT允許時間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流，實現(xiàn)軟關(guān)斷,；
(9)當出現(xiàn)過流,、短路等情況時能迅速發(fā)出過流保護信號供給控制電路進行處理。
2,、驅(qū)動器的選擇
目前,，市場上常見的驅(qū)動器有日本富士EXB系列、日本英達HR系列,、日本三菱M579系列及美國Unitrode公司的UC系列,，它們功能大致相同，但也有許多不同之處,。目前國內(nèi)流行使用的EXB841不具備定時邏輯柵壓控制的功能,，過流時若驅(qū)動器入口信號消失，則其出口信號隨之消失而損壞IGBT,，且關(guān)斷負壓－5V不夠可靠,。
HR065的短路保護穩(wěn)定，但可靠性差,。經(jīng)過對比分析,，我們選用日本三菱公司的M57962AL驅(qū)動器。該驅(qū)動器具有如下特點:
(1)采用高速光偶隔離，輸入輸出隔離絕緣強度高 ,；
(2)輸入輸出電平與TTL電平兼容,，適于單片機控制；
(3)內(nèi)部有定時邏輯短路保護電路,，同時具有廷時保護特性,；
(4)具有可靠通斷措施(采用雙電源供電)；
(5)驅(qū)動功率大,，可以驅(qū)動600A/600V或400A/1200V的IGBT模塊,。
M57962AL是厚模單列直插式封裝，如圖1所示,，是從左至右依次編號,，其中9～12為空端。各引腳功能如下：
- 1端和2端：故障檢測輸入端,；
- 4端：接正電源VCC ,；
- 5端：驅(qū)動信號輸出端 ；
- 6端：接負電源VEE ,；
- 8端：故障信號輸出 ,；
- 13端和14端：驅(qū)動信號輸入端。
圖1 M57962AL芯片的外觀尺寸圖
M57962AL芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部保護電路如圖2和圖3所示,。
圖2 M57962AL芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
圖3 M57962AL的內(nèi)部保護電路圖
3,、 驅(qū)動電路的實現(xiàn)
IGBT的驅(qū)動電路原理圖如圖4所示。
圖4 IGBT的驅(qū)動電路原理圖
圖中Q1為由控制電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號輸入,，fault為本驅(qū)動電路在檢測到過流等故障時發(fā)出的故障檢測信號,。C1、G1,、E1分別接IGBT的源,、柵、漏級,。驅(qū)動電路的供電采用單電源加穩(wěn)壓管方式,，主要考慮了以下幾個方面的問題。
(1) 穩(wěn)壓管D的合理選擇
驅(qū)動器M57962AL通過檢測IGBT的通態(tài)飽和壓降（即1腳的電壓U1）來判斷是否過流,，當檢測出IGBT的柵極和源極同為高電平時就判斷為過流,，此時降低柵極驅(qū)動電壓。并通過光耦向控制電路發(fā)出故障信號,。IGBT正常工作時的通態(tài)壓降一般為2.5V～3.0V,。而M57962AL的過流檢測端的閥值電壓Ucs設(shè)計為10V。如此高的閥值電壓對諸如橋臂直通,、負載短路等情況有一定的保護作用,。但動作非常遲緩,，甚至起不到保護作用。因此必須降低過流保護閥值,，方法是在檢測端串聯(lián)一穩(wěn)壓管D2,，通過實驗來確定穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。它們之間滿足如下關(guān)系：
當芯片1腳的電壓U1達到過流檢測端的閥值電壓UCS,，M57962AL軟降柵壓,，同時發(fā)出故障信號。VD2選取越大則允許的VCE越小,，IGBT允許流過的電流值亦越小,。在本課題研究中，設(shè)定的管壓保護值為4.2V,，對應(yīng)的保護電流值為300A,，所以采用的穩(wěn)壓管D2的壓降為
(2)VCC、VEE的選取
由于IGBT導(dǎo)通后的管壓降與所加正向柵壓有關(guān),，在漏源電流一定的情況下，正向柵壓增加時,，通態(tài)壓降下降,，器件導(dǎo)通損耗減小。但若發(fā)生過流或短路,，正向柵壓越高,，則電流幅值越高，IGBT越易損壞,。對集電極額定電流200A的IGBT來說,，VCC選擇+12V～+15V比較合適，在這一點通態(tài)接近飽和值,，是IGBT工作的最佳點,。而為使IGBT在關(guān)斷期間可靠截止，給處于截止狀態(tài)的IGBT外加－10V左右的反向柵壓VEE比較合適,。實現(xiàn)電路中考慮到簡化輔助電源設(shè)計的因素,，采用24V單電源外加9.1V穩(wěn)壓管的方式為驅(qū)動電路供電。即：VCC＝＋15V,，VEE＝－9V,。
(3)柵極電阻Rg的選取
柵極驅(qū)動電阻的取值非常重要，適當數(shù)值的柵極電阻能有效地抑制振蕩,、減緩開關(guān)開通時間,、改善電流上沖波形、減小電壓浪涌,。從安全可靠性角度來說,，應(yīng)當取較大的柵電阻,，但是，較大的柵電阻影響開關(guān)速度,、增加開關(guān)損耗,。從提高工作頻率角度，應(yīng)當取較小的柵電阻,。一般情況下,，可靠性是第一位的，因此使用中傾向于取較大值的電阻,。柵極電阻的最佳值應(yīng)當通過實驗確定,。本文中經(jīng)過實驗調(diào)試，選擇Rg=4.7Ω,。
(4)電容Ctrip的選取
M57962AL與M57962L的不同之處就在于,，M57962AL利用改變引腳2，4之間的電容Ctrip可以對短路保護檢測時間進行調(diào)整,，應(yīng)用比較靈活,。若2腳懸空，短路保護檢測時間為2.6μs,，保護動作太靈敏常容易引起誤動作,。為此，通過接在2,，4腳之間一個電容Ctrip來調(diào)節(jié)保護時間,，選取1000pF左右的電容，保護時間大約為3μs,。若保護仍然過于敏感,，可改用3300pF的電容，此時保護時間約為6μs,。
此外,，對于M57962AL驅(qū)動電路，在以下兩種情況容易導(dǎo)致驅(qū)動電路失去負偏壓：一是產(chǎn)生負偏壓的穩(wěn)壓二極管D2被擊穿短路,；二是驅(qū)動電路在單電源供電時,，因失去電源供電電壓的時候。此時若按傳統(tǒng)的M57962AL單電源供電的典型接法(如圖5),，并沒有保護信號給出,，易造成IGBT的損壞。
圖5 M57962AL的典型接法
針對上述情況,，對M57962AL的外圍電路進行了一些改進（如圖4所示）,。在正常情況下，D4導(dǎo)通,，M57962AL的8腳為高電平,，D1截止,，VT導(dǎo)通，光耦輸出呈低阻態(tài),，故障信號為低電平,，表現(xiàn)為無故障。過流保護時,，D4導(dǎo)通,，M57962AL的8腳為低電平，D1導(dǎo)通,，VT截止,，光耦輸出呈高阻態(tài)，故障信號為高電平,，表現(xiàn)為有故障發(fā)生,。如果穩(wěn)壓二極管D2擊穿短路，則D4截止,，VT截止,，光耦輸出呈高阻態(tài)，同樣給出故障信號,。如果驅(qū)動電路失去+24V電壓,，則光耦無電流流過，仍然表現(xiàn)為故障保護,。這樣就避免了IGBT因為失去負偏壓或者失去供電而導(dǎo)致?lián)p壞。另外這里為了加快對故障信號的反應(yīng),，故障保護輸出光耦選用高速光耦6N137,。
4 結(jié)語
性能優(yōu)越的驅(qū)動電路是高頻電源模塊運行可靠的保證。采用驅(qū)動器M57962AL實現(xiàn)IGBT的驅(qū)動電路,，可以使IGBT工作可靠,，性能穩(wěn)定。