摘 要：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，IGBT 以其優(yōu)異的性能已經(jīng)取代BJT 廣泛應(yīng)用于航空航天，工業(yè)控制， 家用電子消費(fèi)領(lǐng)域。在IGBT 的應(yīng)用中， 根據(jù)系統(tǒng)要求的整體性能， 針對(duì)不同的IGBT 特性選取合適的驅(qū)動(dòng)器是至關(guān)重要的， 它不僅影響了IGBT 的動(dòng)態(tài)性能， 同時(shí)也影響系統(tǒng)的成本和可靠性。根據(jù)IGBT 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求，就其中常用3 種不同驅(qū)動(dòng)電路及選擇時(shí)注意事項(xiàng)作了分析，使IGBT 的應(yīng)用更廣泛。

　　1 確定IGBT門(mén)極容量

　　在設(shè)計(jì)和選購(gòu)IGBT 驅(qū)動(dòng)器之前，必須首先知道IGBT 的門(mén)極負(fù)荷Q,這是一個(gè)十分重要的參數(shù)，但在IGBT 的技術(shù)參數(shù)中生產(chǎn)廠家一般并不直接給出，而需要我們借助其它參數(shù)得到。IGBT 具有MOSFET 的輸入級(jí)，在IGBT的技術(shù)資料中往往有一個(gè)參數(shù)CissCiss,一般我們把它叫作輸入電容，該電容的測(cè)試往往是在UGS=0,UOS=25V,f=1MHz 的情況下進(jìn)行，由于密勒效應(yīng)， 該值往往比在U GS= O V 時(shí)要小，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，IGBT 的輸入電容一般滿足下面的公式：

　　一般Simens 和 Eupec 公司的IGBT 滿足上述公式。

　　知道了IGBT 的輸入電容Cin,門(mén)極的負(fù)荷可以由下面公式得到

　　△U代表門(mén)極的驅(qū)動(dòng)電壓， 大多數(shù)的IGBT 開(kāi)通電壓+15V,關(guān)斷電壓-5V,因而△U= 20V , 如應(yīng)用十分廣泛的EXB841 系列。

　　高電壓、大電流IGBT 往往開(kāi)通關(guān)斷均為15V,因而△U= 30V 。

　　2 開(kāi)關(guān)頻率確定

　　開(kāi)關(guān)頻率的大小不僅影響系統(tǒng)的控制，而且影響系統(tǒng)的整體性能，如運(yùn)行效率，噪聲指標(biāo)。開(kāi)關(guān)頻率是所有電力電子變換器的一個(gè)重要參數(shù)。

　　根據(jù)IGBT 的門(mén)極容量，儲(chǔ)存在IGBT 輸入電容中的能量可以計(jì)算得到

　　每個(gè)脈沖周期柵極充放電各，因而驅(qū)動(dòng)一只IGBT 的功率為：

　　f 為開(kāi)關(guān)頻率。

　　驅(qū)動(dòng)器的平均輸出電流I_OUT可以這樣得到：

　　P=I_OUT﹒△U比較上而兩式Q=I_OUT/f驅(qū)動(dòng)器的平均電流在數(shù)據(jù)文檔可以找到，則IGBT的允許開(kāi)關(guān)頻率可以得到： f=I_OUT/△θ。

　　3 門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻R_G的選取

　　IGBT 的開(kāi)關(guān)時(shí)間是由驅(qū)動(dòng)器對(duì)IGBT 的輸入電容的充放電來(lái)控制， 增加門(mén)極輸出電流，IGBT 開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間會(huì)相應(yīng)縮短，開(kāi)關(guān)損耗也會(huì)降低， R_G主要是用來(lái)限制門(mén)極輸出的降值電流， 可由下式確定：

　　一般可以在驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)文檔中找到。有些情況下，充放電峰值電流不同，門(mén)極電阻可以分別選取。

　　4 IGBT驅(qū)動(dòng)器的比較選擇

　　4.1 光電耦合和變壓器耦合式比較

　　光電耦合隔離式采用直流電源，輸出脈沖寬度可調(diào)。通過(guò)檢測(cè)集電極電壓實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。具有使用方便穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是雙側(cè)均采用電源，電路復(fù)雜。比如EXB841驅(qū)動(dòng)器，光電耦合器輸入與輸出之間耐壓一般較低為交流2500V,但實(shí)際使用中設(shè)備承受力不符合其條件，給使用帶來(lái)限制。另外，一旦IGBT 燒壞，驅(qū)動(dòng)器受到損壞給維修帶來(lái)不便且不經(jīng)濟(jì)。

　　變壓器耦合隔離式不用專設(shè)的電源，線路簡(jiǎn)單， 輸入輸出間耐壓高， 成本低、響應(yīng)快。

　　缺點(diǎn)是IGBT 關(guān)斷期間得不到持續(xù)的反向門(mén)極電壓，抗干擾能力差，且輸出脈沖寬度不可調(diào)，不能實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)，并且由于漏感的存在使繞組的繞制工藝復(fù)雜容易出現(xiàn)振蕩。

　　4.2 IGBT 驅(qū)動(dòng)器選擇

　　目前市場(chǎng)上可見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)器：光電耦合隔離驅(qū)動(dòng)器有日本富士EXB841,中國(guó)西安HL402,日本英達(dá)HR065 等。變壓器隔離式驅(qū)動(dòng)器有美國(guó)Unitrode 公司UC3724-3725 系列，還有專用的用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂上2 個(gè)I G B T 的IR2110.這是美國(guó)IR 公司的產(chǎn)品，德國(guó)西門(mén)子公司的SKH121 等?？晒┻x用的范圍很廣，應(yīng)用方便。但使用時(shí)應(yīng)注意過(guò)電流問(wèn)題， 比如EXB841 系列驅(qū)動(dòng)器，采用ERA34-10 型快速二極管， 導(dǎo)通電壓為3 V , 反向耐壓采用與IGBT 相同的等級(jí)?？梢詫?shí)現(xiàn)自身過(guò)電流保護(hù)，但若IGBT 過(guò)電流對(duì)其壽命是有影響的。解決辦法是： ①反串穩(wěn)壓管， 限制IGBT 的電流為200A,使工作穩(wěn)定可靠且電路簡(jiǎn)單；②采用電流傳感器進(jìn)行直接限流。上述幾種驅(qū)動(dòng)器由窄脈沖過(guò)電流無(wú)法限制，應(yīng)采用別的措施，在此不一一論述。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　使用時(shí)應(yīng)根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，了解各種驅(qū)動(dòng)器的特性，使選擇時(shí)減少盲目性，讓電路既合理又簡(jiǎn)單。目前開(kāi)關(guān)電源大多采用IGBT,其直流對(duì)地短路的可能性小，因此不用采用多的過(guò)電流措施。重點(diǎn)應(yīng)放在防止發(fā)生直通現(xiàn)象。若IGBT 應(yīng)用到變頻中，采用光電耦合隔離式驅(qū)動(dòng)器較合適。