绝缘栅双极晶体管 IGBT 是第三代电力电子器材，安全作业，它集功率晶体管 GTR 和功率场效应管 MOSFET 的长处于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高 (10-40 kHz) 的特色，是现在开展最为敏捷的新一代电力电子器材。广泛运用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、 UPS 及逆变焊机傍边。 IGBT 的驱动和维护是其运用中的关键技能。在此依据长期运用 IGBT 的经历并参阅有关文献对 IGBT 的门极驱动问题做了一些总结，期望对广阔 IGBT 运用人员有必定的协助。
1 IGBT 门极驱动要求
1.1 栅极驱动电压
因 IGBT 栅极 – 发射极阻抗大，故可运用 MOSFET 驱动技能进行驱动，但 IGBT 的输入电容较 MOSFET 大，所以 IGBT 的驱动偏压应比 MOSFET 驱动所需偏压强。图 1 是一个典型的比如。在 +20 ℃状况下，实测 60 A ， 1200 V 以下的 IGBT 注册电压阀值为 5 ～ 6 V ，在实际运用时，为取得最小导通压降，应选取 Ugc ≥ (1.5 ～ 3)Uge(th) ，当 Uge 添加时，导通时集射电压 Uce 将减小，注册损耗随之减小，但在负载短路进程中 Uge 添加，集电极电流 Ic 也将随之添加，使得 IGBT 能接受短路损坏的脉宽变窄，因而 Ugc 的挑选不该太大，这足以使 IGBT 彻底饱满，一起也约束了短路电流及其所带来的应力 ( 在具有短路作业进程的设备中，如在电机中运用 IGBT 时， +Uge 在满足要求的状况下尽量选取最小值，以进步其耐短路才能 ) 。
1.2 对电源的要求
关于全桥或半桥电路来说，上下管的驱动电源要彼此阻隔，因为 IGBT 是电压操控器材，所需求的驱动功率很小，首要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电，要求能供给较大的瞬时电流，要使 IGBT 敏捷关断，应尽量减小电源的内阻，而且为防止 IGBT 关断时发生的 du/dt 误使 IGBT 导通，应加上一个 -5 V 的关栅电压，以保证其彻底牢靠的关断 ( 过大的反向电压会形成 IGBT 栅射反向击穿，一般为 -2 ～-10 V 之间) 。
1.3 对驱动波形的要求
从减小损耗视点讲，门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽量峻峭，前沿很陡的门极电压使 IGBT 快速注册，到达饱满的时刻很短，因而能够下降注册损耗，同理，在 IGBT 关断时，峻峭的下降沿能够缩短关断时刻，然后减小了关断损耗，发热量下降。但在实际运用中，过快的注册和关断在大电感负载状况下反而是晦气的。因为在这种状况下， IGBT 过快的注册与关断将在电路中发生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压 Ldi/dt ，而且这种尖峰很难被吸收掉。此电压有或许会形成 IGBT 或其他元器材被过压击穿而损坏。所以在挑选驱动波形的上升和下降速度时，应依据电路中元件的耐压才能及 du/dt 吸收电路功用归纳考虑。
1.4 对驱动功率的要求
因为 IGBT 的开关进程需求耗费必定的电源功率，最小峰值电流可由下式求出：
IGP = △ U ge /（R G +R g） ；
式中△ Uge=+Uge+|Uge| ； RG 是 IGBT 内部电阻； Rg 是栅极电阻。
驱动电源的平均功率为：
P AV =C ge △ Uge 2 f,
式中． f 为开关频率； Cge 为栅极电容。
1.5 栅极电阻
为改动操控脉冲的前后沿陡度和防止震动，减小 IGBT 集电极的电压尖峰，应在 IGBT 栅极串上适宜的电阻 Rg 。当 Rg 增大时， IGBT 导通时刻延伸，损耗发热加重； Rg 减小时， di/dt 增高，或许发生误导通，使 IGBT 损坏。应依据 IGBT 的电流容量和电压额定值以及开关频率来选取 Rg 的数值。一般在几欧至几十欧之间 ( 在详细运用中，还应依据实际状况予以恰当调整 ) 。别的为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏 IGBT ，主张在栅射间参加一电阻 Rge ，阻值为 10 k Ω左右。
1.6 栅极布线要求
合理的栅极布线对防止潜在震动，减小噪声搅扰，维护 IGBT 正常作业有很大协助。
a ．布线时须将驱动器的输出级和 lGBT 之间的寄生电感减至最低 ( 把驱动回路围住的面积减到最小 ) ；
b ．正确放置栅极驱动板或屏蔽驱动电路，防止功率电路和操控电路之间的耦合；
c ．应运用辅佐发射极端子衔接驱动电路；
d ．驱动电路输出不能和 IGBT 栅极直接相连时，应运用双绞线衔接 (2 转／ cm) ；
e ．栅极维护，箝位元件要尽量接近栅射极。
1.7 阻隔问题
因为功率 IGBT 在电力电子设备中多用于高压场合，所以驱动电路有必要与整个操控电路在电位上彻底阻隔，首要的途径及其优缺陷如表 1 所示。
表1 驱动电路与操控电路阻隔的途径及优缺陷
使用光电耦合器进行阻隔
长处：体积小、结构简略、运用便利、输出脉宽不受约束，适用于 PWM 操控器
缺陷
1 、共模搅扰按捺不抱负
2 、呼应速度慢，在高频状态下运用受约束
3 、需求彼此阻隔的辅佐电源
使用脉冲变压器进行阻隔
长处：呼应速度快，共模搅扰按捺作用好
缺陷：
1 、信号传送的最大脉冲宽度受磁芯饱满特性的约束，一般不大于 50 ％，最小脉宽受磁化电流约束
2 、受漏感及集肤影响，加工工艺杂乱
2 典型的门极驱动电路介绍
2.1 脉冲变压器驱动电路
脉冲变压器驱动电路如图 2 所示， V1 ～ V4 组成脉冲变压器一次侧驱动电路，经过操控 V1 、 V4 和 V2 、 V3 的轮番导通，将驱动脉冲加至变压器的一次侧，二次侧经过电阻 R1 与 IGBT5 栅极相连， R1 、 R2 防止 IGBT5 栅极开路并供给充放电回路， R1 上并联的二极管为加快二极管，用以进步 IGBT5 的开关速度，稳压二极管 VS1 、 VS2 的作用是约束加在 IGBT5g-e 端的电压，防止过高的栅射电压击穿栅极。栅射电压一般不该超越 20 V 。
图 2 脉冲变压器驱动电路
2.2 光耦阻隔驱动电路
光耦阻隔驱动电路如图 3 所示。因为 IGBT 是高速器材，所选用的光耦有必要是小延时的高速型光耦，由 PWM 操控器输出的方波信号加在三极管 V1 的基极， V1 驱动光耦将脉冲传递至整形扩大电路 IC1 ，经 IC1 扩大后驱动由 V2 、 V3 组成的对管 (V2 、 V3 应挑选β >100 的开关管 ) 。对管的输出经电阻 R1 驱动 IGBT4 ， R3 为栅射结维护电阻， R2 与稳压管 VS1 构成负偏压发生电路， VS1 一般选用 1 W/5.1 V 的稳压管。此电路的特色是只用 1 组供电就能输出正负驱动脉冲，使电路比较简练。
图 3 光耦阻隔驱动电路
2.3 驱动模块构成的驱动电路
运用制品驱动模块电路来驱动 IGBT ，能够大大进步设备的牢靠性，现在市场上能够买到的驱动模块首要有：富士的 EXB840、841，三菱的 M57962L，落木源的KA101、KA102，惠普的 HCPL316J、3120 等。这类模块均具有过流软关断、高速光耦阻隔、欠压确定、毛病信号输出功用。因为这类模块具有维护功用完善、免调试、牢靠性高的长处，所以运用这类模块驱动 IGBT 能够缩短产品开发周期，进步产品牢靠性。 EXB840 和 M57962 许多材料都有介绍，KA101和KA102的材料能够检查网站http://www.pwrdriver.com/product/ka101.php，这儿就扼要介绍一下惠普公司的 HCPL316J 。典型电路如图 4 所示。
图 4 由驱动模块构成的驱动电路
HCPL316J 能够驱动 150 A/1200 V 的 IGBT ，光耦阻隔， COMS/TTL 电平兼容，过流软关断，最大开关速度 500 ns ，作业电压 15 ～ 30 V ，欠压维护。输出部分为三重复合达林顿管，集电极开路输出。选用规范 SOL-16 外表贴装。
HCPL316J 输入、输出部分各自摆放在集成电路的两头，由 PWM 电路发生的操控信号加在 316j 的第 1 脚，输入部分需求 1 个 5 V 电源， RESET 脚低电平有用，毛病信号输出由第 6 脚送至 PWM 的封闭端，在发生过流状况时及时封闭 PWM 输出。输出部分选用 +15 V 和 -5 V 双电源供电，用于发生正负脉冲输出， 14 脚为过流检测端，经过二极管 VDDESAT 检测 IGBT 集电极电压，在 IGBT 导通时，假如集电极电压超越 7 V ，则认为是发生了过流现象， HCPL316J 慢速关断 IGBT ，一起由第 6 脚送出过流信号。
3 结语
经过对 IGBT 门极驱动特色的剖析及典型运用电路的介绍，使我们对 IGBT 的运用有必定的了解。可作为规划 IGBT 驱动电路的参阅。
