IGBT驅(qū)動(dòng)原理.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考 IGBT驅(qū)動(dòng)原理目 錄一、 簡(jiǎn)介 二、 工作原理三、 技術(shù)現(xiàn)狀 四、 測(cè)試方法五、 選取方法簡(jiǎn)介：絕緣柵雙極晶體管 IGBT 是第三代電力電子器件，安全工作，它集功率晶體管 GTR 和功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET 的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有易于驅(qū)動(dòng)、峰值電流容量大、自關(guān)斷、開關(guān)頻率高 (10-40 kHz) 的特點(diǎn)，是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件。廣泛應(yīng)用于小體積、高效率的變頻電源、電機(jī)調(diào)速、 UPS 及逆變焊機(jī)當(dāng)中。 IGBT 的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)是其應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。1 IGBT 門極驅(qū)動(dòng)要求1.1 柵極驅(qū)動(dòng)電壓因 IGBT 柵極 - 發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但 IGBT 的輸入電容較 MOSFET 大，所以 IGBT 的驅(qū)動(dòng)偏壓應(yīng)比 MOSFET 驅(qū)動(dòng)所需偏壓強(qiáng)。圖 1 是一個(gè)典型的例子。在 +20 情況下，實(shí)測(cè) 60 A ， 1200 V 以下的 IGBT 開通電壓閥值為 5 6 V ，在實(shí)際使用時(shí)，為獲得最小導(dǎo)通壓降，應(yīng)選取 Ugc (1.5 3)Uge(th) ，當(dāng) Uge 增加時(shí)，導(dǎo)通時(shí)集射電壓 Uce 將減小，開通損耗隨之減小，但在負(fù)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(yīng)太大，這足以使 IGBT 完全飽和，同時(shí)也限制了短路電流及其所帶來的應(yīng)力 ( 在具有短路工作過程的設(shè)備中，如在電機(jī)中使用 IGBT 時(shí)， +Uge 在滿足要求的情況下盡量選取最小值，以提高其耐短路能力 ) 。1.2 對(duì)電源的要求對(duì)于全橋或半橋電路來說，上下管的驅(qū)動(dòng)電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅(qū)動(dòng)功率很小，主要是對(duì)其內(nèi)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(shí)電流，要使 IGBT 迅速關(guān)斷，應(yīng)盡量減小電源的內(nèi)阻，并且為防止 IGBT 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的 du/dt 誤使 IGBT 導(dǎo)通，應(yīng)加上一個(gè) -5 V 的關(guān)柵電壓，以確保其完全可靠的關(guān)斷 ( 過大的反向電壓會(huì)造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為 -2 10 V 之間 ) 。1.3 對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的要求從減小損耗角度講，門極驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升沿和下降沿要盡量陡峭，前沿很陡的門極電壓使 IGBT 快速開通，達(dá)到飽和的時(shí)間很短，因此可以降低開通損耗，同理，在 IGBT 關(guān)斷時(shí)，陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時(shí)間，從而減小了關(guān)斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實(shí)際使用中，過快的開通和關(guān)斷在大電感負(fù)載情況下反而是不利的。因?yàn)樵谶@種情況下， IGBT 過快的開通與關(guān)斷將在電路中產(chǎn)生頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓 Ldi/dt ，并且這種尖峰很難被吸收掉。此電壓有可能會(huì)造成 IGBT 或其他元器件被過壓擊穿而損壞。所以在選擇驅(qū)動(dòng)波形的上升和下降速度時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。1.4 對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的要求由于 IGBT 的開關(guān)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(nèi)部電阻； Rg 是柵極電阻。驅(qū)動(dòng)電源的平均功率為：P AV =C ge Uge 2 f,式中 f 為開關(guān)頻率； Cge 為柵極電容。1.5 柵極電阻為改變控制脈沖的前后沿陡度和防止震蕩，減小 IGBT 集電極的電壓尖峰，應(yīng)在 IGBT 柵極串上合適的電阻 Rg 。當(dāng) Rg 增大時(shí)， IGBT 導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，損耗發(fā)熱加??； Rg 減小時(shí)， di/dt 增高，可能產(chǎn)生誤導(dǎo)通，使 IGBT 損壞。應(yīng)根據(jù) IGBT 的電流容量和電壓額定值以及開關(guān)頻率來選取 Rg 的數(shù)值。通常在幾歐至幾十歐之間 ( 在具體應(yīng)用中，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以適當(dāng)調(diào)整 ) 。另外為防止門極開路或門極損壞時(shí)主電路加電損壞 IGBT ，建議在柵射間加入一電阻 Rge ，阻值為 10 k 左右。1.6 柵極布線要求合理的柵極布線對(duì)防止?jié)撛谡鹗?，減小噪聲干擾，保護(hù) IGBT 正常工作有很大幫助。a 布線時(shí)須將驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)和 lGBT 之間的寄生電感減至最低 ( 把驅(qū)動(dòng)回路包圍的面積減到最小 ) ；b 正確放置柵極驅(qū)動(dòng)板或屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，防止功率電路和控制電路之間的耦合；c 應(yīng)使用輔助發(fā)射極端子連接驅(qū)動(dòng)電路；d 驅(qū)動(dòng)電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時(shí)，應(yīng)使用雙絞線連接 (2 轉(zhuǎn)/ cm) ；e 柵極保護(hù)，箝位元件要盡量靠近柵射極。1.7 隔離問題由于功率 IGBT 在電力電子設(shè)備中多用于高壓場(chǎng)合，所以驅(qū)動(dòng)電路必須與整個(gè)控制電路在電位上完全隔離，主要的途徑及其優(yōu)缺點(diǎn)如表 1 所示。表1 驅(qū)動(dòng)電路與控制電路隔離的途徑及優(yōu)缺點(diǎn)利用光電耦合器進(jìn)行隔離優(yōu)點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便、輸出脈寬不受限制，適用于 PWM 控制器缺點(diǎn)1 、共模干擾抑制不理想2 、響應(yīng)速度慢，在高頻狀態(tài)下應(yīng)用受限制3 、需要相互隔離的輔助電源利用脈沖變壓器進(jìn)行隔離優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，共模干擾抑制效果好缺點(diǎn)：1 、信號(hào)傳送的最大脈沖寬度受磁芯飽和特性的限制，通常不大于 50 %，最小脈寬受磁化電流限制2 、受漏感及集膚影響，加工工藝復(fù)雜2 典型的門極驅(qū)動(dòng)電路介紹2.1 脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)電路脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)電路如圖 2 所示， V1 V4 組成脈沖變壓器一次側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，通過控制 V1 、 V4 和 V2 、 V3 的輪流導(dǎo)通，將驅(qū)動(dòng)脈沖加至變壓器的一次側(cè)，二次側(cè)通過電阻 R1 與 IGBT5 柵極相連， R1 、 R2 防止 IGBT5 柵極開路并提供充放電回路， R1 上并聯(lián)的二極管為加速二極管，用以提高 IGBT5 的開關(guān)速度，穩(wěn)壓二極管 VS1 、 VS2 的作用是限制加在 IGBT5g-e 端的電壓，避免過高的柵射電壓擊穿柵極。柵射電壓一般不應(yīng)超過 20 V 。圖 2 脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)電路2.2光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路如圖 3 所示。由于 IGBT 是高速器件，所選用的光耦必須是小延時(shí)的高速型光耦，由 PWM 控制器輸出的方波信號(hào)加在三極管 V1 的基極， V1 驅(qū)動(dòng)光耦將脈沖傳遞至整形放大電路 IC1 ，經(jīng) IC1 放大后驅(qū)動(dòng)由 V2 、 V3 組成的對(duì)管 (V2 、 V3 應(yīng)選擇 100 的開關(guān)管 ) 。對(duì)管的輸出經(jīng)電阻 R1 驅(qū)動(dòng) IGBT4 ， R3 為柵射結(jié)保護(hù)電阻， R2 與穩(wěn)壓管 VS1 構(gòu)成負(fù)偏壓產(chǎn)生電路， VS1 通常選用 1 W/5.1 V 的穩(wěn)壓管。此電路的特點(diǎn)是只用 1 組供電就能輸出正負(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖，使電路比較簡(jiǎn)潔。圖 3 光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路2.3 驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用成品驅(qū)動(dòng)模塊電路來驅(qū)動(dòng) IGBT ，可以大大提高設(shè)備的可靠性，目前市場(chǎng)上可以買到的驅(qū)動(dòng)模塊主要有：富士的 EXB840、841，三菱的 M57962L，落木源的KA101、KA102，惠普的 HCPL316J、3120 等。這類模塊均具備過流軟關(guān)斷、高速光耦隔離、欠壓鎖定、故障信號(hào)輸出功能。由于這類模塊具有保護(hù)功能完善、免調(diào)試、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用這類模塊驅(qū)動(dòng) IGBT 可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品可靠性。HCPL316J典型電路如圖 4 所示。圖 4 由驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路HCPL316J 可以驅(qū)動(dòng) 150 A/1200 V 的 IGBT ，光耦隔離， COMS/TTL 電平兼容，過流軟關(guān)斷，最大開關(guān)速度 500 ns ，工作電壓 15 30 V ，欠壓保護(hù)。輸出部分為三重復(fù)合達(dá)林頓管，集電極開路輸出。采用標(biāo)準(zhǔn) SOL-16 表面貼裝。HCPL316J 輸入、輸出部分各自排列在集成電路的兩邊，由 PWM 電路產(chǎn)生的控制信號(hào)加在 316j 的第 1 腳，輸入部分需要 1 個(gè) 5 V 電源， RESET 腳低電平有效，故障信號(hào)輸出由第 6 腳送至 PWM 的關(guān)閉端，在發(fā)生過流情況時(shí)及時(shí)關(guān)閉 PWM 輸出。輸出部分采用 +15 V 和 -5 V 雙電源供電，用于產(chǎn)生正負(fù)脈沖輸出， 14 腳為過流檢測(cè)端，通過二極管 VDDESAT 檢測(cè) IGBT 集電極電壓，在 IGBT 導(dǎo)通時(shí)，如果集電極電壓超過 7 V ，則認(rèn)為是發(fā)生了過流現(xiàn)象， HCPL316J 慢速關(guān)斷 IGBT ，同時(shí)由第 6 腳送出過流信號(hào)。3、 結(jié)語通過對(duì) IGBT 門極驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)的分析及典型應(yīng)用電路的介紹，使大家對(duì) IGBT 的應(yīng)用有一定的了解?？勺鳛樵O(shè)計(jì) IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的參考。工作原理：驅(qū)動(dòng)器功率不足或選擇錯(cuò)誤可能會(huì)直接導(dǎo)致 IGBT 和驅(qū)動(dòng)器損壞。以下總結(jié)了一些關(guān)于IGBT驅(qū)動(dòng)器輸出性能的計(jì)算方法以供選型時(shí)參考。igbt驅(qū)動(dòng)電路是驅(qū)動(dòng)igbt模塊以能讓其正常工作，并同時(shí)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的電路。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)在今天的電力電子領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際使用中除IGBT自身外，IGBT 驅(qū)動(dòng)器的作用對(duì)整個(gè)換流系統(tǒng)來說同樣至關(guān)重要。驅(qū)動(dòng)器的選擇及輸出功率的計(jì)算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。因此，在IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容Cies值在實(shí)際應(yīng)用中僅僅只能作為一個(gè)參考值使用。IGBT 的開關(guān)特性主要取決于IGBT的門極電荷及內(nèi)部和外部的電阻現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀：開關(guān)電源中大功率器件驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)一向是電源領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。普通大功率三極管和絕緣柵功率器件(包括VMOS場(chǎng)效應(yīng)管和IGBT絕緣柵雙極性大功率管等),由于器件結(jié)構(gòu)的不同,具體的驅(qū)動(dòng)要求和技術(shù)也大不相同。前者屬于電流控制器件,要求合適的電流波形來驅(qū)動(dòng);后者屬于電場(chǎng)控制器件,要求一定的電壓來驅(qū)動(dòng)。本文只介紹后者的情況。VMOS場(chǎng)效應(yīng)管(以及IGBT絕緣柵雙極性大功率管等器件)的源極和柵極之間是絕緣的二氧化硅結(jié)構(gòu)，直流電不能通過,因而低頻的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)功率接近于零。但是柵極和源極之間構(gòu)成了一個(gè)柵極電容Cgs，因而在高頻率的交替開通和關(guān)斷時(shí)需要一定的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。小功率VMOS管的Cgs一般在10-100pF之內(nèi),對(duì)于大功率的絕緣柵功率器件,由于柵極電容Cgs較大，在1-100nF,甚至更大,因而需要較大的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。更由于漏極到柵極的密勒電容Cdg,柵極驅(qū)動(dòng)功率是不可忽視的。為可靠驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，目前已有很多成熟電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率器件不需要隔離時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是比較簡(jiǎn)單的，目前也有了一些優(yōu)秀的驅(qū)動(dòng)集成電路，如IR2110。當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)器的輸入端與輸出端電氣隔離時(shí)，一般有兩種途徑：采用光電耦合器，或是利用脈沖變壓器來提供電氣隔離。光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是體積小巧,缺點(diǎn)是：A.反應(yīng)較慢，因而具有較大的延遲時(shí)間(高速型光耦一般也大于500ns)；B.光電耦合器的輸出級(jí)需要隔離的輔助電源供電。用脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件有三種方法：無源、有源和自給電源驅(qū)動(dòng)。無源方法就是用變壓器次級(jí)的輸出直接驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，這種方法很簡(jiǎn)單，也不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電源，但由于絕緣柵功率器件的柵源電容Cgs一般較大，因而柵源間的波形Vgs將有明顯變形，除非將初級(jí)的輸入信號(hào)改為具有一定功率的大信號(hào)，相應(yīng)脈沖變壓器也應(yīng)取較大體積。有源方法中的變壓器只提供隔離的信號(hào)，在次級(jí)另有整形放大電路來驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件，當(dāng)然驅(qū)動(dòng)波形好，但是需要另外提供隔離的輔助電源供給放大器。而輔助電源如果處理不當(dāng)，可能會(huì)引進(jìn)寄生的干擾。自給電源方法的已有技術(shù)是對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高頻(1MHz以上)調(diào)制，該信號(hào)加在隔離脈沖變壓器的初級(jí)，在次級(jí)通過直接整流得到自給電源，而原PWM調(diào)制信號(hào)則需經(jīng)過解調(diào)取得，顯然，這種方法并不簡(jiǎn)單, 價(jià)格當(dāng)然也較高。調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是可以傳遞的占空比不受限制。分時(shí)式自給電源技術(shù)，是國(guó)內(nèi)的發(fā)明專利技術(shù)，其特點(diǎn)是變壓器在輸入PWM信號(hào)的上升和下降沿只傳遞PWM信息，在輸入信號(hào)的平頂階段傳遞驅(qū)動(dòng)所需要的能量，因而波形失真很小。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是占空比一般只能達(dá)到595%。市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介：當(dāng)前市場(chǎng)上的成品驅(qū)動(dòng)器,按驅(qū)動(dòng)信號(hào)與被驅(qū)動(dòng)的絕緣柵器件的電氣關(guān)系來分,可分為直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種,其中隔離驅(qū)動(dòng)的隔離元件有光電耦合器和脈沖變壓器兩種。不隔離的直接驅(qū)動(dòng)器:在Boost、全波、正激或反激等電路中，功率開關(guān)管的源極位于輸入電源的下軌，PWM IC輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)一般不必與開關(guān)管隔離，可以直接驅(qū)動(dòng)。如果需要較大的驅(qū)動(dòng)能力,可以加接一級(jí)放大器或是串上一個(gè)成品驅(qū)動(dòng)器。直接驅(qū)動(dòng)的成品驅(qū)動(dòng)器一般都采用薄膜工藝制成IC電路，調(diào)節(jié)電阻和較大的電容由外引腳接入。目前的成品驅(qū)動(dòng)器種類不少，如TI公司的UCC37XXX系列，TOSIBA公司的TPS28XX系列，Onsemi公司的MC3315X系列，SHARP公司的PC9XX系列，IR公司的IR21XX系列，等等，種類繁多。 使用光電耦合器的隔離驅(qū)動(dòng)器:隔離驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品絕大部分是使用光電耦合器來隔離輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的絕緣柵器件，采用厚膜工藝制成HIC電路，部分阻容元件也由引腳接入。目前市售的光電耦合型驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，主要有FUJI公司的EXB8XX系列、MITSUBISHI公司的M579XX系列等M579XX系列、國(guó)內(nèi)的TX-KA系列等。此類產(chǎn)品，由于光電耦合器的速度限制，一般工作頻率都在50KHz以下(TX-KA101可達(dá)80K)。它們的優(yōu)點(diǎn)是，大部分具有過流保護(hù)功能，其過電流信號(hào)是從IGBT的管壓降中取得的；共同的缺點(diǎn)是需要一個(gè)或兩個(gè)獨(dú)立的輔助電源，因而使用較為麻煩。由于成本問題，該類產(chǎn)品價(jià)格稍高，因此只適用于在大功率電源中驅(qū)動(dòng)IGBT模塊，在中小功率領(lǐng)域難以推廣使用。變壓器隔離、一路電源輸入，自帶DC/DC輔助電源的驅(qū)動(dòng)器:目前有CONCEPT公司的2SD315A和SEMIKRON公司的SKHI22等，使用兩個(gè)脈沖變壓器傳遞半橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，需要一路電源輸入，自帶一個(gè)DC/DC電源提供驅(qū)動(dòng)所需的兩個(gè)輔助電源輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)質(zhì)量不錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)能力也很強(qiáng)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而體積較大，價(jià)格不菲，只適用于特大功率電源中。上述兩種驅(qū)動(dòng)板的信號(hào)傳遞采用的是調(diào)制技術(shù)。變壓器隔離、調(diào)制式自給電源驅(qū)動(dòng)器:調(diào)制式自給電源驅(qū)動(dòng)器，采用變壓器進(jìn)行電氣隔離，通過載頻傳遞驅(qū)動(dòng)所需要的能量，通過調(diào)制信號(hào)傳遞PWM信息，因此可以通過0100%占空比的PWM信號(hào)。目前的許多驅(qū)動(dòng)板產(chǎn)品都采用這種技術(shù)，如西門康的SKHI27等。單片式的調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，目前國(guó)外還未見有產(chǎn)品出售。但有一種2片組合式的，如UNITRODE公司的UC3724/25集成電路對(duì)，其中3724與驅(qū)動(dòng)源相連，3725與被驅(qū)動(dòng)的絕緣柵器件相連，3724與3725之間由用戶接入一個(gè)脈沖變壓器，在UC3724中將PWM信號(hào)調(diào)制到約1MHz的載波上，送到隔離脈沖變壓器的初級(jí)，次級(jí)輸出信號(hào)在UC3725中通過直接整流得到自給電源，通過解調(diào)取得原PWM信號(hào)。國(guó)內(nèi)的單片式調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，有TX-KE系列，特點(diǎn)是除無需用戶提供輔助電源外，還具有隔離電壓高的特點(diǎn)，但是價(jià)格較高。變壓器隔離、分時(shí)式自給電源驅(qū)動(dòng)器:分時(shí)式自給電源驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格便宜，大中小功率的電源都可應(yīng)用；驅(qū)動(dòng)器自身不需要單獨(dú)的供電電源，簡(jiǎn)化了電路；輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的延遲很少，上升和下降沿也相當(dāng)陡峭；工作頻率較高；并且可在占空比5-95%的范圍內(nèi)工作。分時(shí)式自給電源驅(qū)動(dòng)器的缺點(diǎn)是：當(dāng)工作頻率較低時(shí)變壓器的體積較大，厚膜化困難，由于自給電源提供的能量有限、難以驅(qū)動(dòng)300A/1200V以上的IGBT。測(cè)試方法：輸出波形帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)板，用戶如要測(cè)試正常的靜態(tài)(不加主電情況下)輸出波形，需要注意以下幾點(diǎn)：1、如果功率管IGBT或MOSFET已經(jīng)連接在電路中了，則加上驅(qū)動(dòng)電源和PWM輸入信號(hào)，就可以在輸出端用示波器看到相應(yīng)的輸出信號(hào)。2、如果功率管沒有接，只是在做一個(gè)輸出測(cè)試，那么必須將應(yīng)接功率管集電極和發(fā)射極(或漏極和源極)的兩點(diǎn)予以短路才行。因?yàn)槿绻姌O或漏極懸空，那么驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)板將認(rèn)為功率管處于短路狀態(tài)而啟動(dòng)內(nèi)部的保護(hù)機(jī)制，這時(shí)看到的將是驅(qū)動(dòng)器輸出的保護(hù)信號(hào)波形，無論是波形形狀還是周期都與輸入的PWM信號(hào)完全不同。短路保護(hù)IGBT在應(yīng)用中要解決的主要問題就是如何在過流、短路和過壓的情況下對(duì)IGBT實(shí)行比較完善的保護(hù)。過流故障一般需要稍長(zhǎng)的時(shí)間才使電源過熱，因此對(duì)它的保護(hù)都由主控制板來解決。過壓一般發(fā)生在IGBT關(guān)斷時(shí)，較大的di/dt在寄生電感上產(chǎn)生了較高的電壓，這需要用緩沖電路來鉗制，或者適當(dāng)降低關(guān)斷的速率。短路故障發(fā)生后瞬時(shí)就會(huì)產(chǎn)生極大的電流，很快就會(huì)損壞IGBT，主控制板的過流保護(hù)根本來不及，必須由驅(qū)動(dòng)電路或驅(qū)動(dòng)器立刻加以保護(hù)。因此驅(qū)動(dòng)器的短路保護(hù)功能設(shè)計(jì)的是否完善，對(duì)電源的安全運(yùn)行至關(guān)重要。拿到一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，使用前先測(cè)試一下它的短路保護(hù)功能是否完善，是很有必要的。本文介紹兩種測(cè)試方法。1、第一種測(cè)試方法圖中PWM信號(hào)送到驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端，故障后再啟動(dòng)電容Creset=10nF，Dhv是高反壓快恢復(fù)管，限流電阻Rlimit=10100R，電容C=10470uF。示波器可在驅(qū)動(dòng)器的輸入和輸出端監(jiān)測(cè)。如果不接Creset，則驅(qū)動(dòng)器輸出端輸出的是約1ms的脈沖，也就是IGBT每1ms短路一次?？紤]到有的IGBT在這種情況下時(shí)間長(zhǎng)了仍有可能過熱燒毀，接入10nF的Creset后，則為約12ms短路一次，保證了IGBT的安全。過流動(dòng)作閾值設(shè)置電阻Rn的選取，請(qǐng)根據(jù)所試驅(qū)動(dòng)器說明中的關(guān)于Rn的說明和所試驗(yàn)IGBT的正向伏安特性曲線選取合適的阻值。在單管電路的開關(guān)電源中，接入適當(dāng)?shù)腃reset后，可以省去通常的短路信號(hào)反饋光耦。2、第二種測(cè)試方法與第一種方法類似，只是不讓IGBT始終保持短路，用手工來短路A、B兩點(diǎn)。這種短路試驗(yàn)比第一種更嚴(yán)酷，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求也更高，因?yàn)槭止ざ搪?，不可能一下接?shí)，實(shí)際是一連串的通斷過程。注意：實(shí)驗(yàn)時(shí)一定注意人身安全，最好在工頻輸入處加一個(gè)隔離變壓器。典型IGBT驅(qū)動(dòng)芯片的測(cè)試電路原理圖驅(qū)動(dòng)片位置焊一個(gè) 40 線的鎖緊插座，便于使用。輸入端接矩形波信號(hào)發(fā)生器，頻率可取 50KHz 。Ri 根據(jù)信號(hào)發(fā)生器的幅值決定，以保證輸入電流 10mA 。插卸驅(qū)動(dòng)片時(shí)要先切斷開關(guān) K1 ，不能帶電插卸。T1 和 T2 處接雙蹤示波器的 2 個(gè)探頭。測(cè)試正常驅(qū)動(dòng)波形時(shí)，示波器同步于 T1 。按下 K2 測(cè)試保護(hù)波形，示波器應(yīng)同步于 T2 。選取方法：一、柵極電阻Rg的作用1、消除柵極振蕩絕緣柵器件(IGBT、MOSFET)的柵射（或柵源）極之間是容性結(jié)構(gòu)，柵極回路的寄生電感又是不可避免的，如果沒有柵極電阻，那柵極回路在驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)脈沖的激勵(lì)下要產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩，因此必須串聯(lián)一個(gè)電阻加以迅速衰減。2、轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)器的功率損耗電容電感都是無功元件，如果沒有柵極電阻，驅(qū)動(dòng)功率就將絕大部分消耗在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的輸出管上，使其溫度上升很多。3、調(diào)節(jié)功率開關(guān)器件的通斷速度柵極電阻小，開關(guān)器件通斷快，開關(guān)損耗??；反之則慢，同時(shí)開關(guān)損耗大。但驅(qū)動(dòng)速度過快將使開關(guān)器件的電壓和電流變化率大大提高，從而產(chǎn)生較大的干擾，嚴(yán)重的將使整個(gè)裝置無法工作，因此必須統(tǒng)籌兼顧。二、柵極電阻的選取1、柵極電阻阻值的確定各種不同的考慮下，柵極電阻