1 引言
絕緣柵雙極電晶體(insulated gate bipolar tramistor，igbt)是mosfet與gtr的復合器件，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的工作狀態直接影響整機的效能，所以合理的驅動電路對整機顯得很重要，但是如果控制不當，它很容易損壞，其中一種就是發生過流而使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**研究。
2 igbt的驅動要求和過流保護分析
1 igbt的驅動
igbt是電壓型控制器件，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列給出的限定值(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耐量和抗干擾能力，一般在使igbt處於阻斷狀態時．可在門極與源極之間加乙個-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．只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。為了改善控制脈衝的前後沿陡度和防止振盪，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:
2 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執行軌跡限制在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。
3 igbt的驅動和過流保護電路分析
根據以上的分析．本設計提出了乙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實現輸入輸出訊號的電氣隔離，能夠達到很好的電氣隔離，適合高頻應用場合。驅動主電路採用推挽輸出方式，有效地降低了驅動電路的輸出阻抗，提高了驅動能力，使之適合於大功率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構成乙個射極跟隨器，該射極跟隨器提供了乙個快速的電流源，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構成短路訊號檢測電路．其中d1採用快速恢復二極體，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：
當控制電路送來高電平訊號時，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。
當控制電路送來低電平訊號時，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，此時在短路訊號檢測電路中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的訊號始終和輸出保持一致。當發生過流時，igbt集電極退飽和，a點電位公升高，當高於b電位(即是所設定的電位)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，即無論控制電路送來是高電平或是低電平，輸人到光耦6n137的訊號始終都是低電平，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。
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