【導讀】要了解什么是IGBT驅動(dòng)，首先你需要了解什么是IGBT。我們都知道，電機驅動(dòng)是IGBT的主要應用領(lǐng)域之一。
要了解什么是IGBT驅動(dòng)，首先你需要了解什么是IGBT。我們都知道，電機驅動(dòng)是IGBT的主要應用領(lǐng)域之一。有的同學(xué)可能會(huì )有這樣的困惑：
“IGBT本來(lái)就是驅動(dòng)電機的，為什么它自己還需要一個(gè)驅動(dòng)？IGBT驅動(dòng)到底是做什么的？”
這個(gè)問(wèn)題說(shuō)來(lái)簡(jiǎn)單，就像《極簡(jiǎn)電力電子學(xué)》中所說(shuō)：“IGBT本質(zhì)上就是一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，就好比你家里墻上的開(kāi)關(guān)，按一下，開(kāi)關(guān)閉合，電燈亮起；再按一下，電燈熄滅。
當然，操作IGBT，不再是手，而是電子脈沖。高電平來(lái)臨時(shí)，器件開(kāi)通；低電平來(lái)臨時(shí)，器件就關(guān)斷。手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)，可能一秒鐘一兩次，而我們的電子開(kāi)關(guān)，一秒鐘可以開(kāi)關(guān)上萬(wàn)次，幾十萬(wàn)次。
那么這時(shí)候問(wèn)題來(lái)了：控制IGBT電子脈沖從哪兒來(lái)？
有的同學(xué)要舉手了：我知道我知道！控制脈沖可以從MCU來(lái)！
非常棒！你都會(huì )搶答了！
MCU就像我們的大腦，它控制我們身體的一舉一動(dòng)。但它發(fā)出的神經(jīng)元信號非常微弱，根本無(wú)法按動(dòng)開(kāi)關(guān)。所以大腦需要把這個(gè)信號傳送給手，由手部肌肉運動(dòng)來(lái)產(chǎn)生一定的力量，摁下開(kāi)關(guān)。IGBT的驅動(dòng)就是控制IGBT的、靈巧又有力量的“手”。
那么，信號從MCU到IGBT驅動(dòng)芯片，中間都經(jīng)歷了什么？
首先
MCU的輸出電流是mA級別，而IGBT需要的驅動(dòng)電流可能達到幾安培。IGBT驅動(dòng)要完成的首要任務(wù)，就是作為一個(gè)放大器，放大電流。
其次
MCU輸出電平一般是3.3V，而IGBT一般的驅動(dòng)電壓要達到15V。IGBT驅動(dòng)需要把3.3V信號轉成15V信號。而且這個(gè)15V，不是一般的15V。IGBT一般工作在橋式電路中。橋式電路會(huì )承受母線(xiàn)電壓。當電路不開(kāi)關(guān)時(shí)，橋式電路的中點(diǎn)會(huì )承受一半的母線(xiàn)電壓；在上管開(kāi)通時(shí)，中點(diǎn)電位與母線(xiàn)電壓相同。
這時(shí)上管IGBT驅動(dòng)的工作，就是要在幾百伏或上千伏的母線(xiàn)電壓基礎之上，再生成一個(gè)15V的電壓信號來(lái)。好比說(shuō)MCU提供了一顆長(cháng)在地上的小樹(shù)苗，IGBT驅動(dòng)的工作不光是要把小樹(shù)苗變成大樹(shù)，還要把它移植到高山上去。聽(tīng)起來(lái)是不是很厲害！
最后
MCU 在低壓側，其供電電壓一般為5V。IGBT在高壓側，母線(xiàn)電壓可達幾千伏。因為低壓側會(huì )有人機接口，所以絕對不能讓高壓側高電壓流竄到低壓側，給人體造成傷害！有的時(shí)候，IGBT驅動(dòng)需要有一定的電氣隔離能力，做為低壓側和高壓側之間的屏障，防止副邊高壓對原邊操作的人體造成傷害。如果IGBT驅動(dòng)不具有絕緣能力的話(huà)，絕緣屏障就要加在MCU與人機接口之間。
能完成以上功能的驅動(dòng)，我們稱(chēng)之為緊湊型驅動(dòng)。比如英飛凌1ED X3 compact系列：
在有些應用場(chǎng)景下，驅動(dòng)要提供豐富的保護功能。首先，驅動(dòng)器要長(cháng)出一雙“眼睛”（故障檢測），觀(guān)察“電燈”（負載）或者“開(kāi)關(guān)”（IGBT）運行是否正常。如果負載有異常，故障檢測立刻發(fā)送信號給“大腦”MCU，MCU發(fā)指令給IGBT驅動(dòng)，IGBT驅動(dòng)關(guān)閉功率器件，避免炸機。我們把具有保護功能的IGBT驅動(dòng)IC稱(chēng)為增強型驅動(dòng)。IGBT驅動(dòng)的保護功能包括欠壓關(guān)斷、短路保護、過(guò)壓保護、過(guò)溫保護、米勒鉗位、軟關(guān)斷等。
這一類(lèi)驅動(dòng)，我們稱(chēng)之為增強型驅動(dòng)芯片，代表產(chǎn)品有英飛凌1ED34x1MC12M：
英飛凌提供完整的功率器件+驅動(dòng)芯片解決方案。
英飛凌驅動(dòng)芯片技術(shù)有兩類(lèi)：非隔離型和隔離型。非隔離型的驅動(dòng)，使用的是level-shift電平轉移技術(shù)，顧名思義，它能把平地上的“小樹(shù)苗”移植到高山上去，但不具有絕緣能力。其中，SOI是一種特別的level-shift技術(shù)，它在絕緣的二氧化硅層上制作晶體管，杜絕了漏電流的產(chǎn)生，從而使驅動(dòng)芯片具有很強的抗負壓能力。
隔離型的驅動(dòng)，既能完成電平轉換，也具有原副邊電氣隔離的能力。市面上常見(jiàn)的隔離技術(shù)有光隔離，磁隔離，容性隔離。英飛凌隔離型驅動(dòng)采用的是磁隔離技術(shù)，它使用兩個(gè)線(xiàn)圈分別作為原邊和副邊的信號接收器，二氧化硅作為中間的絕緣層，又叫做無(wú)磁芯變壓器技術(shù)。
我們將在接下來(lái)的系列文章中，詳細介紹驅動(dòng)芯片不同的技術(shù)特點(diǎn)，以及相應的產(chǎn)品分類(lèi)。
說(shuō)到這里，不知道大家有沒(méi)有發(fā)現一個(gè)有趣的現象，整個(gè)電力系統就像是一個(gè)層層放大的套娃：MCU發(fā)出的mA級微弱信號，經(jīng)IGBT驅動(dòng)芯片放大到幾安培，驅動(dòng)芯片后面可能還有一個(gè)booster電路將驅動(dòng)電流放大到十幾安培，這個(gè)電流再經(jīng)過(guò)IGBT，可以放大到幾百安甚至幾千安的，從而舉起礦石，升起電梯，驅動(dòng)高鐵。IGBT驅動(dòng)是整個(gè)系統中至關(guān)重要的一環(huán)。
剛剛接觸IGBT驅動(dòng)芯片的小伙伴，面對琳瑯滿(mǎn)目的IC型號難免眼花繚亂。其實(shí)選擇合適的IGBT驅動(dòng)芯片非常簡(jiǎn)單，英飛凌有在線(xiàn)的驅動(dòng)IC選擇工具，只需要輸入系統的電壓、電流、絕緣等級等簡(jiǎn)單信息，工具就會(huì )推送合適的產(chǎn)品了。
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