在脈沖電源中,，驅(qū)動(dòng)電路" title="驅(qū)動(dòng)電路">驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接關(guān)系到逆變器能否正常工作。好的驅(qū)動(dòng)電路首先要保證開關(guān)管安全,，其次還要使開關(guān)管具有較小的損耗,。這兩者之間又是矛盾的。因?yàn)橛晒β书_關(guān)元件引起的損耗主要是開關(guān)損耗(開通損耗和關(guān)斷損耗),。開關(guān)損耗與驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的上升沿陡度和下降沿陡度有很大關(guān)系,。下降沿和上升沿越陡，相應(yīng)的開關(guān)損耗就越小,，即電壓和電流重迭的時(shí)間越短,。但是較陡的上升沿和下降沿又會(huì)產(chǎn)生過大沖擊電流和電壓尖峰，威脅開關(guān)管的安全工作,。因此要實(shí)現(xiàn)電源安全且高效率的工作,，就要抑制或吸收這些電流和電壓尖峰。這里給出了一種變壓器驅(qū)動(dòng)的大功率IGBT" title="IGBT">IGBT模塊電路,，它既具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力,，又能很好地吸收電壓和電流尖峰。

1 驅(qū)動(dòng)電路的分析及此種驅(qū)動(dòng)電路存在問題
    在中頻脈沖滲碳電源中,，能快速進(jìn)行過流保護(hù)是至關(guān)重要的,，而驅(qū)動(dòng)脈沖無延遲地傳輸，對(duì)實(shí)時(shí)過流保護(hù)起至關(guān)重要作用,；同時(shí)為了減少開關(guān)損耗,，還要求很陡的驅(qū)動(dòng)脈沖上升沿和下降沿；一些特殊場合要求緊湊而簡潔,、不附加驅(qū)動(dòng)電源等,。綜合考慮以上要求,，采用變壓器隔離全橋驅(qū)動(dòng)電路，其電路如圖1所示,。


    圖1中兩個(gè)橋臂各選用一個(gè)N-MOSFET和一個(gè)P-MOSFET,。兩路PWM控制信號(hào)1或2為高電平時(shí)，即1為高電平,，2為低電平,，Q1和Q4關(guān)斷，Q2和Q3導(dǎo)通,，Q5開通,。此時(shí)，Q2,，Q3和T1的原邊繞組就形成通路,，脈沖電壓加在T1的原邊，相應(yīng)的次邊會(huì)得到驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào),。1,，2都為低電平時(shí)，Q1,，Q2會(huì)同時(shí)導(dǎo)通,，T1原邊被短路，則次邊無脈沖輸出,。MOSFET具有開通電阻小,，響應(yīng)快，能提供很大的瞬時(shí)開啟IGBT所需的電流,，可以保證驅(qū)動(dòng)脈沖有較陡的上升沿和下降沿,。需要說明的是，此滲碳脈沖電源的輸出脈沖控制芯片采用UC3825,，屬于峰值電流控制型芯片,，自身具有防偏磁的能力，無需加隔直電容來防止偏磁,；相反,，當(dāng)加隔直電容時(shí)，出現(xiàn)兩路PWM控制信號(hào)不能同時(shí)關(guān)閉的問題,，在去掉此隔直電容后,，問題消失。因此,，在使用隔直電容防偏磁時(shí),，要注意所用芯片的控制模式。
    上面給出的驅(qū)動(dòng)電路雖然解決了驅(qū)動(dòng)信號(hào)無延時(shí)傳輸和提供了有較陡上升沿和下降沿的驅(qū)動(dòng)脈沖，但又出現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)脈沖的上升沿有過沖和下降沿有很大的關(guān)斷尖峰,。上升沿的過沖主要是由漏感產(chǎn)生的,，具體分析及消除此過沖的方法已有詳盡討論。下降沿的關(guān)斷尖峰主要是勵(lì)磁" title="勵(lì)磁">勵(lì)磁電感產(chǎn)生的,。一般減小這兩種尖峰都是通過增加 Rg(門極" title="門極">門極電阻)來實(shí)現(xiàn),，但是增大Rg會(huì)減緩驅(qū)動(dòng)脈沖上升沿和下降沿的陡度，而增大開關(guān)損耗,。
    此電路具體工作過程分析如下：圖2是一個(gè)脈沖周期,，當(dāng)正脈沖上升沿(t0～t3)到來時(shí)(這里只考慮正脈沖)，電容C相當(dāng)于短路,，通過二極管D和電容C可以給IGBT提供很大的瞬間電流,，把驅(qū)動(dòng)脈沖的上升時(shí)間縮短,。圖2中正脈沖就是IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào),，這個(gè)負(fù)脈沖的上升沿又是由另外一路驅(qū)動(dòng)脈沖感應(yīng)過來的，所以所要討論的就是另一路驅(qū)動(dòng)脈沖的下降沿尖峰,，這四路輸出脈沖是一樣的,，所以只要討論一路。但是為了直觀,、完整,，這里就把它看作是本路負(fù)脈沖的上升沿來討論(下面提到的負(fù)脈沖都是這種情況)。當(dāng)然穩(wěn)壓管" title="穩(wěn)壓管">穩(wěn)壓管這條支路也有電流流過,，但是與加速電容" title="加速電容">加速電容C這條支路相比就很小,。若不加電阻R，這個(gè)電容會(huì)經(jīng)過幾個(gè)脈沖周期充滿電荷,，而失去加速作用,，所以要求電容C的電荷在每個(gè)周期上升沿到來時(shí)，電容上無存儲(chǔ)電荷,。因此在電容上并聯(lián)一小阻值的電阻,，給電容提供放電回路。在脈沖平頂期(t3～t4)時(shí),，IGBT的輸入門極電容已經(jīng)充滿,，門極保持高電平，此時(shí)IGBT的G-E之間相當(dāng)于斷開,，變壓器次邊保持高電平,。當(dāng)脈沖下降沿(t4～t9)到來時(shí)，IGBT的輸入電容在這段時(shí)間反向放電,，需緩關(guān),，如果放電速度太快會(huì)引起極大的關(guān)斷尖峰，因此需阻斷通過加速電容加速放電，故在加速電容前面串聯(lián)一個(gè)快恢復(fù)二極管,，使其只通過穩(wěn)壓管放電,。穩(wěn)壓管可以很好地吸收其尖峰，并可以控制其下降沿的陡度,。


    改進(jìn)電路部分所加器件可以看成一個(gè)可變電阻：這個(gè)電阻在脈沖上升沿開始到IGBT彌勒平臺(tái)時(shí)(t0～t2),，電阻值是很小的，主要是充電電流從加速電容這條支路流過,，從而不斷加快對(duì)IGBT門極電容的充電,。IGBT的彌勒平臺(tái)這段時(shí)間內(nèi)，隨著電容上電壓升高,，其充電電流速率在逐漸減小,，到彌勒平臺(tái)結(jié)束時(shí)，其充電電流速率為零,，充電電流達(dá)到最大,。這個(gè)可以從門極電阻上電壓波形得到證實(shí)。在上升沿結(jié)束(t3)時(shí),，充電電流減小到幾乎為零,，從而不會(huì)出現(xiàn)過沖尖峰。在加速電容前加一個(gè)反向二極管阻斷其快速放電通道,。圖3是原始的驅(qū)動(dòng)波形圖,；圖4為附加電路驅(qū)動(dòng)波形；圖5為滿負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)波形圖,。



2 驅(qū)動(dòng)電路改進(jìn)方法分析
    圖1中用框標(biāo)出的電路就是對(duì)原有驅(qū)動(dòng)電路的改進(jìn),。通過在門極增加穩(wěn)壓管、二極管,、電容和電阻,，可以較好地吸收上升沿、下降沿和尖峰,。
    由圖3和圖4比較可以看出,，在較小延時(shí)的情況下，應(yīng)把尖峰減到最小,。從圖3可以看出,，要減小的尖峰主要是負(fù)脈沖后沿的過沖尖峰，因?yàn)檫@個(gè)尖峰極有可能達(dá)到IGBT的開啟電壓(Vth),，這樣就會(huì)造成同一橋臂的兩個(gè)IGBT直通,；同時(shí)由圖5可以看出，在滿負(fù)載(600 V／30 A)狀態(tài)下,，驅(qū)動(dòng)波形具有很好的穩(wěn)定性,，而且沒有大的尖峰,，這就保證了IGBT穩(wěn)定、安全的工作,。
    驅(qū)動(dòng)等效電路如圖6所示,。其中，Lm為變壓器次邊的勵(lì)磁電感,；Z1為穩(wěn)壓管(其反向相當(dāng)于一個(gè)二極管,，所以圖中就用一個(gè)二極管來代替)；Rg為驅(qū)動(dòng)電阻,，Cgs為IGBT的柵極和源極之間電容,；R1為線路等效電阻。由等效電路可知：
  
    R1實(shí)際值很小,，可以忽略,。穩(wěn)壓二極管并聯(lián)在D1，C1兩端,，它的電壓是D1和C1兩端電壓之和,。穩(wěn)壓二極管是隨電流大小自動(dòng)調(diào)整的“可變”電阻。通過改變電阻來控制上升沿和下降沿的速率,，從而達(dá)到控制過沖尖峰的大小,。實(shí)測Rg與驅(qū)動(dòng)變壓器次邊反向波形如圖7所示,。Rg上電壓波形即為勵(lì)磁電感上流過的電流波形,。正脈沖下降沿的過沖尖峰由勵(lì)磁電感造成的：
  
    由式(2)可以看出，在相同電流變化率情況下,，勵(lì)磁電感越小,，勵(lì)磁電感上的電壓尖峰也越小，相應(yīng)的IGBT G-S之間電壓尖峰也越??；同時(shí)減小勵(lì)磁電感還可以減小漏感，但是勵(lì)磁電感減小會(huì)造成脈沖平頂?shù)男甭始哟?，所以要綜合考慮各種情況,。



3 結(jié)語
    通過對(duì)上面改進(jìn)電路的詳細(xì)分析知道，威脅開關(guān)管安全的驅(qū)動(dòng)脈沖過沖尖峰主要是由勵(lì)磁電感決定的,，因此盡可能減小勵(lì)磁電感是減小過沖尖峰的最直接方法,，同時(shí)還與穩(wěn)壓管的性能有很大關(guān)系。脈沖前沿上升率主要由加速電容決定,，電容過小,，會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)脈沖前沿過緩，過大會(huì)有尖峰,，所以要取合適的加速電容,。電容的大小一般通過多次實(shí)驗(yàn)來確定,。這個(gè)電容大小的選擇既要考慮使脈沖上升沿較陡，又不出現(xiàn)尖峰,。
    此驅(qū)動(dòng)電路已在中頻脈沖滲碳電源中應(yīng)用,，配合器件過流過壓保護(hù)電路，能較好地滿足200 A／1 200 VIGBT模塊的驅(qū)動(dòng)要求,。同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)大功率的MOSFET等場驅(qū)動(dòng)開關(guān)管都有很好的借鑒作用,。