中心議題：

• IGBT驅動電路的工作原理分析
• IGBT驅動電路可能存在的問題分析
• IGBT驅動電路的電流尖峰抑製方案

解決方案：

• 在門極增加穩壓管、二極管、電容和電阻

根據脈衝滲碳電源要求，本文設計了一種具有高可靠性
、信號傳輸無延遲、驅動能力強等特點的IGBT強qiang驅qu動dong電dian路lu
，詳xiang細xi分fen析xi了le工gong作zuo原yuan理li，並bing對dui電dian路lu測ce試shi中zhong出chu現xian的de電dian流liu尖jian峰feng進jin行xing了le抑yi製zhi。在zai此ci基ji礎chu上shang得de出chu幾ji個ge主zhu要yao影ying響xiang驅qu動dong電dian路lu的de因yin素su。實shi際ji用yong於yu大da功gong率lvIGBT橋qiao電dian路lu驅qu動dong，工gong作zuo穩wen定ding可ke靠kao。結jie果guo表biao明ming
，所suo設she計ji的de電dian路lu結jie構gou簡jian單dan，驅qu動dong能neng力li強qiang

，可ke靠kao性xing高gao，且qie對dui用yong變bian壓ya器qi驅qu動dong大da功gong率lv全quan橋qiao電dian路lu有you通tong用yong性xing。

在脈衝電源中
，驅動電路的好壞直接關係到逆變器能否正常工作。好的驅動電路首先要保證開關管安全
，其次還要使開關管具有較小的損耗。這兩者之間又是矛盾的。因為由功率開關元件引起的損耗主要是開關損耗(開通損耗和關斷損耗)。開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)與(yu)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)陡(dou)度(du)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)陡(dou)度(du)有(you)很(hen)大(da)關(guan)係(xi)。下(xia)降(jiang)沿(yan)和(he)上(shang)升(sheng)沿(yan)越(yue)陡(dou)，相(xiang)應(ying)的(de)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)就(jiu)越(yue)小(xiao)
，即(ji)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)重(zhong)迭(die)的(de)時(shi)間(jian)越(yue)短(duan)。但(dan)是(shi)較(jiao)陡(dou)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)又(you)會(hui)產(chan)生(sheng)過(guo)大(da)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)
，威(wei)脅(xie)開(kai)關(guan)管(guan)的(de)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)。因(yin)此(ci)要(yao)實(shi)現(xian)電(dian)源(yuan)安(an)全(quan)且(qie)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)工(gong)作(zuo)，就(jiu)要(yao)抑(yi)製(zhi)或(huo)吸(xi)收(shou)這(zhe)些(xie)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)。這(zhe)裏(li)給(gei)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)變(bian)壓(ya)器(qi)驅(qu)動(dong)的(de)大(da)功(gong)率(lv)IGBT模塊電路，它既具有較強的驅動能力
，又能很好地吸收電壓和電流尖峰。

1 驅動電路的分析及此種驅動電路存在問題

在中頻脈衝滲碳電源中，能快速進行過流保護是至關重要的，而驅動脈衝無延遲地傳輸，對實時過流保護起至關重要作用；同時為了減少開關損耗，還要求很陡的驅動脈衝上升沿和下降沿；一些特殊場合要求緊湊而簡潔、不附加驅動電源等。綜合考慮以上要求
，采用變壓器隔離全橋驅動電路
，其電路如圖1所示。

圖1中兩個橋臂各選用一個N-MOSFET和一個P-MOSFET。兩路PWM控製信號1或2為高電平時，即1為高電平，2為低電平

，Q1和Q4關斷
，Q2和Q3導通，Q5開通。此時，Q2
，Q3和T1的原邊繞組就形成通路，脈衝電壓加在T1的原邊
，相應的次邊會得到驅動脈衝信號。1
，2都為低電平時
，Q1，Q2會同時導通，T1原邊被短路，則次邊無脈衝輸出。MOSFET具有開通電阻小
，響應快，能提供很大的瞬時開啟IGBT所需的電流
，可以保證驅動脈衝有較陡的上升沿和下降沿。需要說明的是，此滲碳脈衝電源的輸出脈衝控製芯片采用UC3825，屬於峰值電流控製型芯片
，自身具有防偏磁的能力
，無需加隔直電容來防止偏磁；相反
，當加隔直電容時，出現兩路PWM控製信號不能同時關閉的問題
，在去掉此隔直電容後
，問題消失。因此
，在使用隔直電容防偏磁時
，要注意所用芯片的控製模式。

上(shang)麵(mian)給(gei)出(chu)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)雖(sui)然(ran)解(jie)決(jue)了(le)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)無(wu)延(yan)時(shi)傳(chuan)輸(shu)和(he)提(ti)供(gong)了(le)有(you)較(jiao)陡(dou)上(shang)升(sheng)沿(yan)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)的(de)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)，但(dan)又(you)出(chu)現(xian)了(le)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)有(you)過(guo)衝(chong)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)有(you)很(hen)大(da)的(de)關(guan)斷(duan)尖(jian)峰(feng)。上(shang)升(sheng)沿(yan)的(de)過(guo)衝(chong)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)漏(lou)感(gan)產(chan)生(sheng)的(de)，具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)及(ji)消(xiao)除(chu)此(ci)過(guo)衝(chong)的(de)方(fang)法(fa)已(yi)有(you)詳(xiang)盡(jin)討(tao)論(lun)。下(xia)降(jiang)沿(yan)的(de)關(guan)斷(duan)尖(jian)峰(feng)主(zhu)要(yao)是(shi)勵(li)磁(ci)電(dian)感(gan)產(chan)生(sheng)的(de)。一(yi)般(ban)減(jian)小(xiao)這(zhe)兩(liang)種(zhong)尖(jian)峰(feng)都(dou)是(shi)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia) Rg(門極電阻)來實現，但是增大Rg會減緩驅動脈衝上升沿和下降沿的陡度，而增大開關損耗。
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此電路具體工作過程分析如下：圖2是一個脈衝周期
，當正脈衝上升沿(t0～t3)到來時(這裏隻考慮正脈衝)
，電容C相當於短路，通過二極管D和電容C可以給IGBT提供很大的瞬間電流，把驅動脈衝的上升時間縮短。圖2中正脈衝就是IGBTdequdongxinhao，zhegefumaichongdeshangshengyanyoushiyoulingwaiyiluqudongmaichongganyingguolaide，suoyisuoyaotaolundejiushilingyiluqudongmaichongdexiajiangyanjianfeng
，zhesilushuchumaichongshiyiyangde
，suoyizhiyaotaolunyilu。danshiweilezhiguan、完整，這裏就把它看作是本路負脈衝的上升沿來討論(下麵提到的負脈衝都是這種情況)。當然穩壓管這條支路也有電流流過，但是與加速電容C這條支路相比就很小。若不加電阻R，這個電容會經過幾個脈衝周期充滿電荷，而失去加速作用，所以要求電容C的電荷在每個周期上升沿到來時，電容上無存儲電荷。因此在電容上並聯一小阻值的電阻
，給電容提供放電回路。在脈衝平頂期(t3～t4)時，IGBT的輸入門極電容已經充滿
，門極保持高電平
，此時IGBT的G-E之間相當於斷開，變壓器次邊保持高電平。當脈衝下降沿(t4～t9)到來時
，IGBT的de輸shu入ru電dian容rong在zai這zhe段duan時shi間jian反fan向xiang放fang電dian，需xu緩huan關guan
，如ru果guo放fang電dian速su度du太tai快kuai會hui引yin起qi極ji大da的de關guan斷duan尖jian峰feng，因yin此ci需xu阻zu斷duan通tong過guo加jia速su電dian容rong加jia速su放fang電dian
，故gu在zai加jia速su電dian容rong前qian麵mian串chuan聯lian一yi個ge快kuai恢hui複fu二er極ji管guan

，使shi其qi隻zhi通tong過guo穩wen壓ya管guan放fang電dian。穩wen壓ya管guan可ke以yi很hen好hao地di吸xi收shou其qi尖jian峰feng


，並bing可ke以yi控kong製zhi其qi下xia降jiang沿yan的de陡dou度du。

改進電路部分所加器件可以看成一個可變電阻：這個電阻在脈衝上升沿開始到IGBT彌勒平台時(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IGBT門極電容的充電。IGBT的de彌mi勒le平ping台tai這zhe段duan時shi間jian內nei，隨sui著zhe電dian容rong上shang電dian壓ya升sheng高gao

，其qi充chong電dian電dian流liu速su率lv在zai逐zhu漸jian減jian小xiao，到dao彌mi勒le平ping台tai結jie束shu時shi
，其qi充chong電dian電dian流liu速su率lv為wei零ling，充chong電dian電dian流liu達da到dao最zui大da。這zhe個ge可ke以yi從cong門men極ji電dian阻zu上shang電dian壓ya波bo形xing得de到dao證zheng實shi。在zai上shang升sheng沿yan結jie束shu(t3)時
，充電電流減小到幾乎為零
，從而不會出現過衝尖峰。在加速電容前加一個反向二極管阻斷其快速放電通道。圖3是原始的驅動波形圖
；圖4為附加電路驅動波形；圖5為滿負載時驅動波形圖。

2 驅動電路改進方法分析

圖1中用框標出的電路就是對原有驅動電路的改進。通過在門極增加穩壓管
、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
，在較小延時的情況下
，應把尖峰減到最小。從圖3可以看出
，要減小的尖峰主要是負脈衝後沿的過衝尖峰
，因為這個尖峰極有可能達到IGBT的開啟電壓(Vth)，這樣就會造成同一橋臂的兩個IGBT直通；同時由圖5可以看出，在滿負載(600 V／30 A)狀態下，驅動波形具有很好的穩定性，而且沒有大的尖峰，這就保證了IGBT穩定、安全的工作。

 驅動等效電路如圖6所示。其中，Lm為變壓器次邊的勵磁電感
；Z1為穩壓管(其反向相當於一個二極管
，所以圖中就用一個二極管來代替)；Rg為驅動電阻，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：

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R1實際值很小
，可以忽略。穩壓二極管並聯在D1，C1兩端，它的電壓是D1和C1兩端電壓之和。穩壓二極管是隨電流大小自動調整的“可變”電阻。通過改變電阻來控製上升沿和下降沿的速率，從而達到控製過衝尖峰的大小。實測Rg與驅動變壓器次邊反向波形如圖7所示。Rg上電壓波形即為勵磁電感上流過的電流波形。正脈衝下降沿的過衝尖峰由勵磁電感造成的：

由式(2)可以看出
，在相同電流變化率情況下
，勵磁電感越小
，勵磁電感上的電壓尖峰也越小，相應的IGBT G-S之間電壓尖峰也越小

；同時減小勵磁電感還可以減小漏感，但是勵磁電感減小會造成脈衝平頂的斜率加大，所以要綜合考慮各種情況。

3 結語

tongguoduishangmiangaijindianludexiangxifenxizhidao，weixiekaiguanguananquandequdongmaichongguochongjianfengzhuyaoshiyoulicidianganjuedingde，yincijinkenengjianxiaolicidianganshijianxiaoguochongjianfengdezuizhijiefangfa，tongshihaiyuwenyaguandexingnengyouhendaguanxi。maichongqianyanshangshenglvzhuyaoyoujiasudianrongjueding，dianrongguoxiao
，huichuxianqudongmaichongqianyanguohuan，guodahuiyoujianfeng
，suoyiyaoquheshidejiasudianrong。dianrongdedaxiaoyibantongguoduocishiyanlaiqueding。zhegedianrongdaxiaodexuanzejiyaokaolvshimaichongshangshengyanjiaodou，youbuchuxianjianfeng。

此驅動電路已在中頻脈衝滲碳電源中應用，配合器件過流過壓保護電路，能較好地滿足200 A／1 200 VIGBT模塊的驅動要求。同時對驅動大功率的MOSFET等場驅動開關管都有很好的借鑒作用。