igbt驅動電壓和功率分別是多少

　　在此根據長期使用IGBT的經驗並參考有關文獻對 IGBT驅動的電壓和功率做了一些總結，希望對廣大網友能夠提供幫助。

　　igbt驅動工作原理

　　驅動器功率不足或選擇錯誤可能會直接導致 IGBT 和驅動器損壞。以下總結了一些關於IGBT驅動器輸出性能的計算方法以供選型時參考。

　　igbt驅動電路是驅動igbt模塊以能讓其正常工作，並同時對其進行保護的電路。

　　絕緣柵雙極型電晶體（IGBT）在今天的電力電子領域中已經得到廣泛的應用，在實際使用中除IGBT自身外，IGBT 驅動器的作用對整個換流系統來說同樣至關重要。驅動器的選擇及輸出功率的計算決定了換流系統的可靠性。因此，在IGBT數據手冊中給出的電容Cies值在實際應用中僅僅只能作為一個參考值使用。

　　IGBT的開關特性主要取決於IGBT的門極電荷及內部和外部的電阻

　　igbt驅動電壓要求

　　因 IGBT 柵極 - 發射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅動技術進行驅動，但 IGBT 的輸入電容較 MOSFET 大，所以 IGBT 的驅動偏壓應比 MOSFET 驅動所需偏壓強。圖 1 是一個典型的例子。在 +20 ℃情況下，實測 60 A ， 1200 V 以下的 IGBT 開通電壓閥值為 5 ～ 6 V ，在實際使用時，為獲得最小導通壓降，應選取 Ugc ≥ （1.5 ～ 3）Uge（th） ，當 Uge 增加時，導通時集射電壓 Uce 將減小，開通損耗隨之減小，但在負載短路過程中 Uge 增加，集電極電流 Ic 也將隨之增加，使得 IGBT 能承受短路損壞的脈寬變窄，因此 Ugc 的選擇不應太大，這足以使 IGBT 完全飽和，同時也限制了短路電流及其所帶來的應力 （ 在具有短路工作過程的設備中，如在電機中使用 IGBT 時， +Uge 在滿足要求的情況下儘量選取最小值，以提高其耐短路能力 ） 。

　　igbt驅動對電源的要求

　　對於全橋或半橋電路來說，上下管的驅動電源要相互隔離，由於 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅動功率很小，主要是對其內部幾百至幾千皮法的輸入電容的充放電，要求能提供較大的瞬時電流，要使 IGBT 迅速關斷，應儘量減小電源的內阻，並且為防止 IGBT 關斷時產生的 du/dt 誤使 IGBT 導通，應加上一個 -5 V 的關柵電壓，以確保其完全可靠的關斷 （ 過大的反向電壓會造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為 -2 ～ 10 V 之間 ） 。

　　igbt驅動對驅動波形的要求

　　從減小損耗角度講，門極驅動電壓脈衝的上升沿和下降沿要儘量陡峭，前沿很陡的門極電壓使 IGBT 快速開通，達到飽和的時間很短，因此可以降低開通損耗，同理，在 IGBT 關斷時，陡峭的下降沿可以縮短關斷時間，從而減小了關斷損耗，發熱量降低。但在實際使用中，過快的開通和關斷在大電感負載情況下反而是不利的。因為在這種情況下， IGBT 過快的開通與關斷將在電路中產生頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓 Ldi/dt ，並且這種尖峰很難被吸收掉。此電壓有可能會造成 IGBT 或其他元器件被過壓擊穿而損壞。所以在選擇驅動波形的上升和下降速度時，應根據電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。

　　igbt驅動對驅動功率的要求

　　由於 IGBT 的開關過程需要消耗一定的電源功率，最小峰值電流可由下式求出：

　　I GP = △ U ge /R G +R g ；

　　式中△ Uge=+Uge+|Uge| ； RG 是 IGBT 內部電阻； Rg 是柵極電阻。

　　驅動電源的平均功率為：

　　P AV =C ge △ Uge 2 f，

　　式中． f 為開關頻率； Cge 為柵極電容。

　　對柵極布線要求

　　合理的柵極布線對防止潛在震蕩，減小噪聲幹擾，保護 IGBT 正常工作有很大幫助。

　　a ．布線時須將驅動器的輸出級和 lGBT 之間的寄生電感減至最低 （ 把驅動迴路包圍的面積減到最小 ） ；

　　b ．正確放置柵極驅動板或屏蔽驅動電路，防止功率電路和控制電路之間的耦合；

　　c ．應使用輔助發射極端子連接驅動電路；

　　d ．驅動電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時，應使用雙絞線連接 （2 轉/ cm） ；

　　e ．柵極保護，箝位元件要儘量靠近柵射極。

　　三種IGBT驅動電路

　　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以後IGBT正常開通，VCE下降至3V左右，6腳電壓被 鉗制在8V左右，由於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，二極體VD截止，不影響V4和V5正常工作。

　　

　　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，後續電路不動作，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，還和二極體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-射極驅動迴路往返接線不能太長（一般應該小於1m），並且應該採用雙絞線接法，防止幹擾。

　　b、由於IGBT集電極產生較大的電壓尖脈衝，增加IGBT柵極串聯電阻RG有利於其安全工作。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，並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，通過快恢復二極體接IGBT集電極。

　　e、14、15接驅動信號，一般14腳接脈衝形成部分的地，15腳接輸入信號的正端，15端的輸入電流一般應該小於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體。

　　M57959L/M57962L厚膜驅動電路

　　M57959L/M57962L厚膜驅動電路採用雙電源（+15V，- 10V）供電，輸出負偏壓為-10V，輸入輸出電平與TTL電平兼容，配有短 路/過載保護和 封閉性短路保護功能，同時具有延時保護特性。其分別適合於驅動1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其 以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驅動中小功率的IGBT時，驅動效果和各項性能表現優良，但當其工作在高頻下時，其脈衝前後沿變的較差，即信 號的最大傳輸寬度受到限制。且厚膜內部採用印刷電路板設計，散熱不是很好，容易因過熱造成內部器件的燒毀。

　　日本三菱公司的M57959L集成IGBT專用驅動晶片它可以作為600V/200A或者1200V/100A的IGBT驅動。其最高頻率也達40KHz，採用雙電源 供電（+15V和-15V）輸出電流峰值為±2A，M57959L有以下特點：

　　（1） 採用光耦實現電器隔離，光耦是快速型的，適合20KHz左右的高頻開關運行，光耦的原邊已串聯限流電阻，可將5V電壓直接加到輸入 側。

　　（2） 如果採用雙電源驅動技術，輸出負柵壓比較高，電源電壓的極限值為+18V/-15V，一般取+15V/-10V。

　　（3） 信號傳輸延遲時間短，低電平-高電平的傳輸延時以及高電平-低電平的傳輸延時時間都在1.5μs以下。

　　（4） 具有過流保護功能。M57962L通過檢測IGBT的飽和壓降來判斷IGBT是否過流，一旦過流，M57962L就會將對IGBT實施軟關斷，並輸出過 流故障信號。

　　（5） M57959的內部結構如圖所示，這一電路的驅動部分與EXB系列相仿，但是過流保護方面有所不同。過流檢測仍採用電壓採樣，電路特 點是採用柵壓緩降，實現IGBT軟關斷。

　　避免了關斷中過電壓和大電流衝擊，另外，在關斷過程中，輸入控制信號的狀態失去作用，既保護關斷是在封閉狀態中完成的。當保護開始時，立即送出故障信號，目的是切斷控制信號，包括電路中其它有源器件。

　　

　　SD315A集成驅動模塊

　　集成驅動模塊採用+15V單電源供電，內部集成有過流保護電路，其最大的特點是具 有安全性、智能性與易用性。2SD315A能輸出很大的峰 值電流（最大瞬時輸出電流可達±15A），具有很強的驅動能力和很高的隔離電壓能力（4000V）。2SD315A具有兩個驅動輸出通道，適合於驅 動等級為1200V/1700V極其以上的兩個單管或一個半橋式的雙單元大功率IGBT模塊。其中在作為半橋驅動器使用的時候，可以很方便地 設置死區時間。

　　2SD315A內部主要有三大功能模塊構成，分別是LDI（Logic To Driver Interface，邏輯驅動轉換接口）、IGD（Intelligent Gate Driver，智能門極驅動）和輸入與輸出相互絕緣的DC/DC轉換器。當外部輸入PWM信號後，由LDI進行編碼處理，為保證信號不受外界條件的 幹擾，處理過的信號在進入IGD前需用高頻隔離變壓器進行電氣隔離。從隔離變壓器另一側 接收到的信號首先在IGD單元進行解碼，並把解碼後的PWM信號進行放大（±15V/±15A）以驅動外接大功率IGBT。當智能門極驅動單元IGD內的 過流和短路保護電路檢測到IGBT發生過流和短路故障時，由封鎖時間邏輯電路和狀態確認電路產生相應的響應時間和封鎖時間，並把此時的狀態信號進行編碼送 到邏輯控制單元LDI。LDI單元對傳送來的IGBT工作狀態信號進行解碼處理，使之在控制迴路中得以處理。為防止2SD315A的兩路輸出驅動信號相互 幹擾，由DC/DC轉換器提供彼此隔離的電源供電。

　　

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