基于EXB841的IGBT驱动和保护电路研究

如图2所示，用外接8V稳压管Vw1代替驱动芯片内部的稳压管Vz2，在稳压管两端并联了两个电容值分别为105µf和0.33µf的去耦滤波电容。为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，在栅射极间并联了反向串联的16V（V02）和8V（V03）稳压二极管。为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小IGBT 集电极的电压尖脉冲，需要在栅极串联电阻Rg。栅极串连电阻Rg要恰当，Rg过小，关断时间过短，关断时产生的集电极尖峰电压过高；Rg过大，器件的开关速度降低，开关损耗增大。优化电路采用了不对称的开启和关断方法。在IGBT开通时，EXB841的3脚提供+16V的电压，电阻Rg2经二极管Vd1和Rg1并联使Rg值较校关断时，EXB841内部的V5导通，3脚电平为0，优化驱动电路在IGBT的E极提供-8V电压，使二极管V01截止，Rg= Rg1具有较大值。并在栅射极间并联大电阻，防止器件误导通。

⑵ 过流检测电路

偏高的保护动作阈值难起到有效地保护作用，必须合适设置此阈值。但由于器件压降的分散性和温度影响，又不宜设置过低。为了适当降低动作阈值，已经提出了采用高压降检测二极管或采用串联3.3V反向稳压二极管的方法。该方法不能在提高了负偏压的情况下使用，因为正常导通时，IGBT约有3.5V左右的压降，负偏压的提高使6脚在正常情况下检测到的电平将达到12V左右，随着IGBT的工作电流增大，强电磁干扰会造成EXB841误报警，出现虚假过流。本优化电路采用可调的电流传感器。如图2所示。L为磁平衡式霍尔电流传感器，可测量交流或直流电流，反应时间小于1µs，输出电压Uout同输入电流有很好的线性关系。该电路通过调节滑动电阻Rw1设定基准电流幅值而完成保护，当电流传感器输出大于给定值时，比较器输出+15V的高电平至EXB841的6脚，使EXB841的软关断电路工作。

⑶ 虚假过流故障识别与驱动信号锁存电路

当IGBT过流工作时，EXB841的6脚靠上文论述的过流检测电路检测到过流发生，EXB841进入软关断过程。内部电路（C3,R6）产生约3µs的延时，若3µs后过流依然存在，5脚输出低电平作为过流故障指示信号，高速光耦6N136导通，三极管Vs01截止，过流高速比较器LM319输出高电平，电容C03通过R06充电，若LM319输出持续高电平时间大于设定保护时间（一般为5µs），C03的电压达到击穿稳压管Vs03的电压，使RS触发器CD4043的置1端为高电平，从而Q端输出高电平，Vs02导通，集电极输出低电平，利用由74LS09构成的与门封锁输入驱动信号。CD4043的信号延迟时间最大为几百个ns,而74LS09的信号延迟时间最大为几十个ns。因此，保护电路在信号响应上足够快。图2中，在RS触发器的R端加了复位按钮，发生故障时，RS触发器将Q端输出的高电平锁住，当排除故障后，可以按动复位按钮，接束对栅极控制信号的封锁。

Vs02的集电极输出同时接微处理器，可及时显示故障信息，实现故障报警。EXB841的软关断时间是由内部元件R7和C4的时间常数决定的，为了提高软开关的可靠性，在EXB841的4和5两端外加可调电阻Rw2，可调节软关断时间，在4和9脚两端外加电容 C01，可避免过高的di/dt产生的电压尖峰，但应合理选择二者的值，太大的值将增大内部三极管V3的集电极电流。

5 实验结果分析

图3为实测典型驱动电路驱动波形，图4为实测优化驱动电路波形。通过两图的对比，不难看出，典型驱动电路的反向关断电压不到-5V，正向驱动电压小于14.5V。而优化驱动电路的反偏压则基本达到或接近于-8V，正向驱动电压更是超过了+15V，正反向驱动电压值得到调整的同时，前后沿陡度也得到极大改善。

原EXB841典型驱动电路应用到大功率高压高频脉冲电源中，电源逆变部分由于负偏压不足，容易引起桥臂直通，导致IGBT经常炸毁。又因为高频造成的强电磁干扰，致使IGBT电流较小时就产生虚假过流的故障保护，使得设备无法正常运行。优化电路应用到电源后，以上故障均得以很大程度上的消除。能够满足设备正常工作的要求。

6 结论

本文在对IGBT器件的驱动要求进行深入分析之后，在研究了EXB841驱动原理的基础上，指出了其存在的诸多不足。再结合这些问题设计了实用性较强的优化驱动电路。该电路具有较强的过流识别能力，并能够区分真假过流，从而对系统进行有效保护。将优化驱动电路应用于大功率高压高频脉冲电源中，证明了所设计的电路完全可以对IGBT进行有效驱动、控制和过流保护。