絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Tramistor，IGBT）是MOSFET與GTR的複合器件
，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、開關頻率高、輸入阻抗高
、驅動電路簡單、熱溫度性好的優點，又包含了GTR的載流量大、阻斷電壓高等多項優點．是取代GTR的理想開關器件。IGBT目前被廣泛使用的具有自關斷能力的器件，廣泛應用於各類固態電源中。

IGBT的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)整(zheng)機(ji)的(de)性(xing)能(neng)
，所(suo)以(yi)合(he)理(li)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)對(dui)整(zheng)機(ji)顯(xian)得(de)很(hen)重(zhong)要(yao)
，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)控(kong)製(zhi)不(bu)當(dang)
，它(ta)很(hen)容(rong)易(yi)損(sun)壞(huai)，其(qi)中(zhong)一(yi)種(zhong)就(jiu)是(shi)發(fa)生(sheng)過(guo)流(liu)而(er)使(shi)IGBT損壞
，本文主要研究了IGBT的驅動和短路保護問題，就其工作原理進行分析
，設計出具有過流保護功能的驅動電路，並進行了仿真研究。

IGBT的驅動要求

IGBT是電壓型控製器件，為了能使IGBT安全可靠地開通和關斷．其驅動電路必須滿足以下的條件：

IGBT的柵電容比VMOSFET大得多
，所以要提高其開關速度
，就要有合適的門極正反向偏置電壓和門極串聯電阻。

（1）門極電壓

任何情況下
，開通狀態的柵極驅動電壓都不能超過參數表給出的限定值（一般為20v），最佳門極正向偏置電壓為15v土10％。這個值足夠令IGBT飽和導通；使導通損耗減至最小。雖然門極電壓為零就可使IGBT處於截止狀態，但是為了減小關斷時間，提高IGBT的耐壓、dv／dt耐量和抗幹擾能力，一般在使IGBT處於阻斷狀態時．可在門極與源極之間加一個-5~-15v的反向電壓。

（2）門極串聯電阻心

選擇合適的門極串聯電阻Rg對IGBT的驅動相當重要，Rg對開關損耗的影響見圖1。

圖1：Rg對開關損耗的影響

IGBT的輸入阻抗高壓達109~1011，靜態時不需要直流電流．隻需要對輸入電容進行充放電的動態電流。其直流增益可達108~109
，幾乎不消耗功率。為了改善控製脈衝的前後沿陡度和防止振蕩
，減少IGBT集電極大的電壓尖脈衝，需在柵極串聯電阻Rg，當Rg增大時
，會使IGBT的通斷時間延長，能耗增加；而減少RF又會使di／dt增高
，可能損壞IGBT。因此應根據IGBT電流容量和電壓額定值及開關頻率的不同，選擇合適的Rg，一般選心值為幾十歐姆至幾百歐姆。具體選擇Rg時．要參考器件的使用手冊。

（3）驅動功率的要求

IGBT的開關過程要消耗一定的來自驅動電源的功耗
，門極正反向偏置電壓之差為△Vge，工作頻率為f，柵極電容為Cge，則電源的最少峰值電流為：


驅動電源的平均功率為：

IGBT的過流保護

IGBT的過流保護就是當上、下橋臂直通時，電源電壓幾乎全加在了開關管兩端，此時將產生很大的短路電流

，IGBT飽和壓降越小
，其電流就會越大，從而損壞器件。當器件發生過流時，將短路電流及其關斷時的I—V運行軌跡限製在IGBT的短路安全工作區，用在損壞器件之前，將IGBT關斷來避免開關管的損壞。

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IGBT的驅動和過流保護電路分析

根據以上的分析．本設計提出了一個具有過流保護功能的光耦隔離的IGBT驅動電路，如圖2。

圖2：IGBT驅動和過流保護電路

圖2中，高速光耦6N137實(shi)現(xian)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)，能(neng)夠(gou)達(da)到(dao)很(hen)好(hao)的(de)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)，適(shi)合(he)高(gao)頻(pin)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)。驅(qu)動(dong)主(zhu)電(dian)路(lu)采(cai)用(yong)推(tui)挽(wan)輸(shu)出(chu)方(fang)式(shi)，有(you)效(xiao)地(di)降(jiang)低(di)了(le)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)出(chu)阻(zu)抗(kang)，提(ti)高(gao)了(le)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)，使(shi)之(zhi)適(shi)合(he)於(yu)大(da)功(gong)率(lv)IGBT的驅動，過流保護電路運用退集電極飽和原理，在發生過流時及時的關斷IGBT，其中V1．V3．V4構成驅動脈衝放大電路。V1和R5構成一個射極跟隨器，該射極跟隨器提供了一個快速的電流源，減少了功率管的開通和關斷時間。利用集電極退飽和原理，D1、R6、R7和V2構成短路信號檢測電路．其中D1采用快速恢複二極管，為了防止IGBT關斷時其集電極上的高電壓竄入驅動電路。為了防止靜電使功率器件誤導通
，在柵源之間並接雙向穩壓管D3和D4。如是IGBT的門極串聯電阻。

正常工作時：

當控製電路送來高電平信號時
，光耦6N137導通，V1、V2截止
，V3導通而V4截止，該驅動電路向IBGT提供+15V的驅動開啟電壓
，使IGBT開通。

當控製電路送來低電平信號時，光耦6N137截至，VI
、V2導通。V4導通而v3截止，該驅動電路向IBGT提供-5v的電壓
，使IGBT關閉。

當過流時：

當電路出現短路故障時，上、下橋直通此時+15V的電壓幾乎全加在IGBT上．產生很大的電流，此時在短路信號檢測電路中v2截止
，A點的電位取決於D1、R6、R7和Vces的分壓決定，當主電路正常工作時，且IGBT導通時，A點保持低電平
，從而低於B點電位。所有A1輸出低電平，此時V5截止
，而c點為高電平，所以正常工作時。輸入到光耦6N137的信號始終和輸出保持一致。當發生過流時
，IGBT集電極退飽和
，A點電位升高
，當高於B電位（即是所設置的電位）時，即是當電流超過設計定值時，A1翻轉而輸出高電平，V5導通，從而將C點的電位箝在低電位狀態，使與門4081始終輸出低電平
，即無論控製電路送來是高電平或是低電平，輸人到光耦6N137的信號始終都是低電平，從而關斷功率管。從而達到過流保護。直到將電路的故障排除後，重新啟動電路。

仿真與實驗

本設計電路在orCAD軟件的仿真圖形如下：

向驅動電路輸入
，高電平為+15v
，低電平為-5v的方波信號。IGBT的輸出波形如圖3所示：

圖3：IGBT輸出信號

根據前麵的原理和分析，該電路的實際電路輸出波形如圖4所示：

圖4：實際電路輸出波形