IGBT驱动器的选择

　　摘 要：随着电力电子技术的发展，IGBT 以其优异的性能已经取代BJT 广泛应用于航空航天，工业控制， 家用电子消费领域。在IGBT 的应用中， 根据系统要求的整体性能， 针对不同的IGBT 特性选取合适的驱动器是至关重要的， 它不仅影响了IGBT 的动态性能， 同时也影响系统的成本和可靠性。根据IGBT 对驱动电路的要求，就其中常用3 种不同驱动电路及选择时注意事项作了分析，使IGBT 的应用更广泛。

　　1 确定IGBT门极容量

　　在设计和选购IGBT 驱动器之前，必须首先知道IGBT 的门极负荷Q,这是一个十分重要的参数，但在IGBT 的技术参数中生产厂家一般并不直接给出，而需要我们借助其它参数得到。IGBT 具有MOSFET 的输入级，在IGBT的技术资料中往往有一个参数CissCiss,一般我们把它叫作输入电容，该电容的测试往往是在UGS=0,UOS=25V,f=1MHz 的情况下进行，由于密勒效应， 该值往往比在U GS= O V 时要小，根据实践经验，IGBT 的输入电容一般满足下面的公式：

　　一般Simens 和 Eupec 公司的IGBT 满足上述公式。

　　知道了IGBT 的输入电容Cin,门极的负荷可以由下面公式得到

　　△U代表门极的驱动电压， 大多数的IGBT 开通电压+15V,关断电压-5V,因而△U= 20V , 如应用十分广泛的EXB841 系列。

　　高电压、大电流IGBT 往往开通关断均为15V,因而△U= 30V 。

　　2 开关频率确定

　　开关频率的大小不仅影响系统的控制，而且影响系统的整体性能，如运行效率，噪声指标。开关频率是所有电力电子变换器的一个重要参数。

　　根据IGBT 的门极容量，储存在IGBT 输入电容中的能量可以计算得到

　　每个脉冲周期栅极充放电各，因而驱动一只IGBT 的功率为：

　　f 为开关频率。

　　驱动器的平均输出电流I_OUT可以这样得到：

　　P=I_OUT﹒△U比较上而两式Q=I_OUT/f驱动器的平均电流在数据文档可以找到，则IGBT的允许开关频率可以得到： f=I_OUT/△θ。

　　3 门极驱动电阻R_G的选取

　　IGBT 的开关时间是由驱动器对IGBT 的输入电容的充放电来控制， 增加门极输出电流，IGBT 开通时间和关断时间会相应缩短，开关损耗也会降低， R_G主要是用来限制门极输出的降值电流， 可由下式确定：

　　一般可以在驱动器数据文档中找到。有些情况下，充放电峰值电流不同，门极电阻可以分别选取。

　　4 IGBT驱动器的比较选择

　　4.1 光电耦合和变压器耦合式比较

　　光电耦合隔离式采用直流电源，输出脉冲宽度可调。通过检测集电极电压实现过电流保护。具有使用方便稳定性好的优点。缺点是双侧均采用电源，电路复杂。比如EXB841驱动器，光电耦合器输入与输出之间耐压一般较低为交流2500V,但实际使用中设备承受力不符合其条件，给使用带来限制。另外，一旦IGBT 烧坏，驱动器受到损坏给维修带来不便且不经济。

　　变压器耦合隔离式不用专设的电源，线路简单， 输入输出间耐压高， 成本低、响应快。

　　缺点是IGBT 关断期间得不到持续的反向门极电压，抗干扰能力差，且输出脉冲宽度不可调，不能实现过电流保护，并且由于漏感的存在使绕组的绕制工艺复杂容易出现振荡。

　　4.2 IGBT 驱动器选择

　　目前市场上可见的驱动器：光电耦合隔离驱动器有日本富士EXB841,中国西安HL402,日本英达HR065 等。变压器隔离式驱动器有美国Unitrode 公司UC3724-3725 系列，还有专用的用来驱动一个桥臂上2 个I G B T 的IR2110.这是美国IR 公司的产品，德国西门子公司的SKH121 等。可供选用的范围很广，应用方便。但使用时应注意过电流问题， 比如EXB841 系列驱动器，采用ERA34-10 型快速二极管， 导通电压为3 V , 反向耐压采用与IGBT 相同的等级。可以实现自身过电流保护，但若IGBT 过电流对其寿命是有影响的。解决办法是： ①反串稳压管， 限制IGBT 的电流为200A,使工作稳定可靠且电路简单；②采用电流传感器进行直接限流。上述几种驱动器由窄脉冲过电流无法限制，应采用别的措施，在此不一一论述。

　　5 结语

　　使用时应根据主电路的结构，了解各种驱动器的特性，使选择时减少盲目性，让电路既合理又简单。目前开关电源大多采用IGBT,其直流对地短路的可能性小，因此不用采用多的过电流措施。重点应放在防止发生直通现象。若IGBT 应用到变频中，采用光电耦合隔离式驱动器较合适。