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IGBT实用的驱动电路及细节设计

时间:04-27 来源:互联网 点击:

1.IGBT的模型

  IGBT的模型在教科书上能找到,其栅极G,相当于一个数纳法(nF)的小电容(暂时这样认为),这与MOS管类似;其集电极C和发射极E又类似于一只三极管的C、E极。因此,它结合了MOS管和三极管的特点:

  (1)栅极的绝缘电阻无穷大,只要向栅极充入一定的正电荷,使得栅极电压大于导通电压,管子就会导通,并且导通程度深,线性范围很窄。这一点类似于MOS管。

  (2)由于栅极的绝缘电阻无穷大,因此电荷能够一直保存,即开通后可以一直开通。而且当栅极开路时,也常会处于开通状态。正因为这个特性,驱动IGBT的电路不需要提供很大的持续电流。但这容易引起误导通,为了防止误导通,栅极G和发射极E之间必须跨接一只电阻。不少第一次接触MOS管和IGBT的朋友就是因为没有跨接此电阻而烧了管子。跨接电阻一般为10k欧/0.25W。

  (3)栅极电容的耐压是有一点限度的,一般是±20V,当超过此限度,可能会烧坏。因此,栅极要加一对稳压二极管,用于吸收过高的电压。稳压二极管一般头对头串联,每只是18V/1W,限制的电压范围是±18.7V左右。

  (4)输出极C和E特性类似于三极管,因此具有一定的导通压降,而不是像MOS管那样用导通电阻来衡量。导通压降与导通饱和度有关,导通饱和度受到栅极电压的影响,因此栅极电压不应太低,虽然IGBT在7V就完全能导通,但标准的栅极驱动电压是15V。

  (5)为了保证栅极驱动不误动作,一般关闭时要让栅极带有一定的负电压。通常对于小功率IGBT,负电压应在-8V左右。因此,通常IGBT的标准驱动电压为-8V、+15V。实际使用时,如果采用光耦,例如A3120,其正压降约为2.5V,负压降几乎为零,因此,为了达到标准驱动电压,光耦前端的供电电压应为-8V、+17.5V。

  (6)IGBT的栅极电容是非线性的,在导通电压和关断电压附近,其栅极电容相当于突然增大数倍,需要充入或者吸出较多电荷,因此,驱动电路的作用主要体现在导通和关断的转折点上,此时要提供较多电荷,具有较大的驱动电流,故驱动电路的主要电流是瞬时电流,频率很高,这就要求驱动电路的供电具有极小的高频内阻。一般要并联较大容量的独石电容来提供这些电流。

  2. IGBT的基本驱动电路

  (1)供电采用隔离变压器,最好采用开关稳压电源,上下桥严格隔离,安全间距1mm/100V,即对于380V系统要用4mm安全间距。

  (2)供电电压:+17.5V,-8V,GND。其中GND接IGBT的E极。+17.5V和-8V接光耦的8、5脚。

  (3)瞬时电流提供:供电电源上并接1uF/50V独石电容若干个。

  (4)栅极驱动电阻Rg,采用IGBT资料的推荐值至推荐值的3倍之间。

  (5)栅极放电电阻,10k欧;栅极保护稳压二极管:18V/1W,头对头串联。

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