IGBT栅极驱动电路的应用举例

1、应用脉冲变压器直接驱动功率IGBT

这种驱动电路的原理如图1（a）所示，其输出栅极驱动电压和电流波形如图1（b）所示。它的工作原理是来自控制脉冲形成单元的脉冲信号经高频晶体管V进行功率放大后加到脉冲变压器上，由脉冲变压器隔离、耦合，经稳压管VS1和VS2限幅后驱动IGBT。它的优点表现在：电路简单，应用廉价的脉冲变压器实现了被驱动IGBT与控制脉冲形成部分的隔离驱动级不需要专门的直流电源，简化了电源结构，同时脉冲变压器传输脉冲的频率可以较高（一般最高工作频率可达1000kHz左右）整个电路工作频率较高，IGBT自身所需驱动电流又很小，所以脉冲变压器可以做得很小；稳压管VS1和VS2的引入限制了加到被驱动功率IGBT栅极G与发射极E之间的正、反向电压，防止电压UGE过高而损坏被驱动功率IGBT的控制绝缘栅。其不足表现在高频脉冲变压器因漏感及肌肤效应的存在较难绕制，且因漏感的存在容易出现UGE振荡；为了限制振荡，常常需增加栅极电阻RG，这就影响了栅极驱动脉冲前、后沿的陡度，降低了可应用的最高频率；同时驱动电路自身不能对被驱动IGBT进行欠饱和、过饱和及过电流等保护。

2、采用分立式驱动电路来驱动IGBT

图2（a）给出了分立式驱动电路原理，图2（b）给出了其栅极驱动电压的波形。它的工作原理是正常情况下，由于来自电流取样环节BHL元件输出的信号小于比较器A反相端整定的门槛值，比较器A输出低电平，光耦合器VLC2不导通，反相器D输出高电平，封锁脉冲功能不起作用。当控制脉冲由低电平变为高电平时，光耦合器VLC1输出低电平，V1截止，V2导通，电容C2给IGBT的GE结施以反向电压，使其快速关断；反之，当控制脉冲由高电平变为低电平时，VLC1输出高电平，4011输出低电平，V1导通，V2截止，提供IGBT导通时GE结所需的正向电压，使IGBT快速导通。一旦发生过电流，则A输出高电平，并经二极管VD自保，光耦合器VLC2导通，并输出低电平，直接从末极驱动电路和脉冲形成部分封锁掉控制脉冲。

该驱动电路的优点表现在：自身带过电流保护功能，光耦合器VLC1的引入，提高了栅极驱动电路的抗干扰能力，同时实现了驱动电路与脉冲形成部分的隔离；互补推挽放大用晶体管V1、V2的引入，降低了驱动电路的输出阻抗；电阻R1、R2及电容C1、C2的引入，使用户可方便地对被驱动IGBT的正、反向驱动电压进行调节，满足了不同IGBT对栅极驱动电路输出的+UGE和-UGE的大小不同要求。其缺点是受光耦合器VLC1传输速度的影响，其工作频率不能很高，一般用高速光耦合器也仅能达到10～40kHz，且应用分立器件较多，抗干扰性能差同时受4011最高工作电源电压的限制，使提供给IGBT栅极与发射极间正、反向电压幅度相互牵制栅极驱动电路不能对被驱动IGBT进行欠饱和、过饱和及驱动级电源电压监控等保护。

3、采用MOSFET驱动电路驱动IGBT

由于IGBT以MOSFET为输入级，所以MOSFET的驱动电路同样适用于IGBT。为了使IGBT稳定工作，一般要求双电源供电方式。图3给出了两种典型的栅极驱动电路实例。图3（a）中，输入信号经整形器整形后进入放大级，放大级采用有源负载方式，以提供足够的栅极电流。为消除可能出现的振荡现象，IGBT的栅射极连接由RC网络组成的阻尼滤波器，并且连接线采用双绞线方式。图3（b）所示的驱动电路中，输入控制信号通过光耦合器进行隔离后引入驱动电路，然后经MOS管VF放大后由推挽式电路V1和V2向IGBT提供栅极驱动电压。

4、由分立器件构成的具有UCS保护的驱动电路

IGBT的驱动电路必须具备两种功能：一是实现控制电路与被驱动IGBT栅极的电位隔离；二是提供合适的栅极驱动脉冲。实现电位隔离可以采用脉冲变压器、微分变压器及光耦合器。脉冲变压器由于体积较大、输出脉冲波形不够理想，较少采用。图4为采用光耦合器隔离的分立器件式IGBT驱动电路。当输入控制信号时，光耦合器VLC导通，晶体管V1截止、V2导通，向被驱动IGBT栅射极提供15V驱动电压。输入信号uIN为低电平时，VLC截止，晶体管V1、V3导通，向被驱动IGBT栅-射极施加-10V电压。应注意的是：+15V和-10V电源需靠近驱动电路。驱动电路输出端及电源地端至IGBT栅极和射极的引线应采用双绞线，长度最好不超过0.5m。对于容量在75A/1200V以内的IGBT，驱动器应能提供峰值电流为1A的充放电电流，对于150A/1200V及300A/1200V的IGBT，则需分别提供2A和4A的峰值电流。驱动电路中，VLC.、V1、V2及V3均需采用快速开关晶体管，使输出脉冲的延迟加上升时间及延迟加下降时间均小于1.5µs。

图4分立器件构成的IGBT驱动器