驅動(dòng)電路的作用是將單片機輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，以驅動(dòng)IGBT。保證IGBT的可靠工作，驅動(dòng)電路起著(zhù)至關(guān)重要的作用，對IGBT驅動(dòng)電路的基本要求如下:

(1) 提供適當的正向和反向輸出電壓，使IGBT可靠的開(kāi)通和關(guān)斷。
(2) 提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使IGBT能迅速建立柵控電場(chǎng)而導通。
(3) 盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率。
(4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號電路與柵極驅動(dòng)電路絕緣。
(5) 具有靈敏的過(guò)流保護能力。

第一種驅動(dòng)電路EXB841/840

EXB841工作原理如圖1，當EXB841的14腳和15腳有10mA的電流流過(guò)1us以后IGBT正常開(kāi)通，VCE下降至3V左右，6腳電壓被鉗制在8V左右，由 于VS1穩壓值是13V，所以不會(huì )被擊穿，V3不導通，E點(diǎn)的電位約為20V，二極管VD，截止，不影響V4和V5正常工作。

當14腳和15腳無(wú)電流流過(guò)，則V1和V2導通，V2的導通使V4截止、V5導通，IGBT柵極電荷通過(guò)V5迅速放電，引腳3電位下降至0V，是IGBT柵一 射間承受5V左右的負偏壓，IGBT可靠關(guān)斷，同時(shí)VCE的迅速上升使引腳6“懸空”。C2的放電使得B點(diǎn)電位為0V，則V S1仍然不導通，后續電 路不動(dòng)作，IGBT正常關(guān)斷。

如有過(guò)流發(fā)生，IGBT的V CE過(guò)大使得VD2截止，使得VS1擊穿，V3導通，C4通過(guò)R7放電，D點(diǎn)電位下降，從而使IGBT的柵一射間的電壓UGE降低 ，完成慢關(guān)斷，實(shí)現對IGBT的保護。由EXB841實(shí)現過(guò)流保護的過(guò)程可知，EXB841判定過(guò)電流的主要依據是6腳的電壓，6腳的電壓不僅與VCE 有關(guān)，還和二極管VD2的導通電壓Vd有關(guān)。


典型接線(xiàn)方法如圖2，使用時(shí)注意如下幾點(diǎn):

a、 IGBT柵-射極驅動(dòng)回路往返接線(xiàn)不能太長(cháng)(一般應該小于1m)，并且應該采用雙絞線(xiàn)接法，防止干擾。
b、 由于IGBT集電極產(chǎn)生較大的電壓尖脈沖，增加IGBT柵極串聯(lián)電阻RG有利于其安全工作。但是柵極電阻RG不能太大也不能太小，如果 RG增大，則開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間延長(cháng)，使得開(kāi)通能耗增加;相反，如果RG太小，則使得di/dt增加，容易產(chǎn)生誤導通。
c、 圖中電容C用來(lái)吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化，并不是電源的供電濾波電容，一般取值為47 F。
d、 6腳過(guò)電流保護取樣信號連接端，通過(guò)快恢復二極管接IGBT集電極。
e、 14、15接驅動(dòng)信號，一般14腳接脈沖形成部分的地，15腳接輸入信號的正端，15端的輸入電流一般應該小于20mA，故在15腳前加限流 電阻。
f、 為了保證可靠的關(guān)斷與導通，在柵射極加穩壓二極管。

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第二種 M57959L/M57962L厚膜驅動(dòng)電路

M57959L/M57962L厚膜驅動(dòng)電路采用雙電源(+15V，-10V)供電，輸出負偏壓為-10V，輸入輸出電平與TTL電平兼容，配有短路/過(guò)載保護和 封閉性短路保護功能，同時(shí)具有延時(shí)保護特性。其分別適合于驅動(dòng)1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其以下的 IGBT。M57959L/M57962L在驅動(dòng)中小功率的IGBT時(shí)，驅動(dòng)效果和各項性能表現優(yōu)良，但當其工作在高頻下時(shí)，其脈沖前后沿變的較差，即信 號的最大傳輸寬度受到限制。且厚膜內部采用印刷電路板設計，散熱不是很好，容易因過(guò)熱造成內部器件的燒毀。

日本三菱公司的M57959L集成IGBT專(zhuān)用驅動(dòng)芯片它可以作為600V/200A或者1200V/100A的IGBT驅動(dòng)。其最高頻率也達40KHz，采用雙電源 供電(+15V和-15V)輸出電流峰值為±2A，M57959L有以下特點(diǎn):

(1) 采用光耦實(shí)現電器隔離，光耦是快速型的，適合20KHz左右的高頻開(kāi)關(guān)運行，光耦的原邊已串聯(lián)限流電阻，可將5V電壓直接加到輸入 側。
(2) 如果采用雙電源驅動(dòng)技術(shù)，輸出負柵壓比較高，電源電壓的極限值為+18V/-15V，一般取+15V/-10V。
(3) 信號傳輸延遲時(shí)間短，低電平—高電平的傳輸延時(shí)以及高電平—低電平的傳輸延時(shí)時(shí)間都在1。5μs以下。
(4) 具有過(guò)流保護功能。M57962L通過(guò)檢測IGBT的飽和壓降來(lái)判斷IGBT是否過(guò)流，一旦過(guò)流，M57962L就會(huì )將對IGBT實(shí)施軟關(guān)斷，并輸出過(guò) 流故障信號。
(5) M57959的內部結構如圖所示，這一電路的驅動(dòng)部分與EXB系列相仿，但是過(guò)流保護方面有所不同。過(guò)流檢測仍采用電壓采樣，電路特 點(diǎn)是采用柵壓緩降，實(shí)現IGBT軟關(guān)斷，

避免了關(guān)斷中過(guò)電壓和大電流沖擊;另外，在關(guān)斷過(guò)程中，輸入控制信號的狀態(tài)失去作用，既保護關(guān) 斷是在封閉狀態(tài)中完成的。當保護開(kāi)始時(shí)，立即送出故障信號，目的是切斷控制信號，包括電路中其它有源器件。


第三種 2SD315A集成驅動(dòng)模塊

集成驅動(dòng)模塊采用+15V單電源供電，內部集成有過(guò)流保護電路，其最大的特點(diǎn)是具有安全性、智能性與易用性。2SD315A能輸出很大的峰 值電流(最大瞬時(shí)輸出電流可達±15A)，具有很強的驅動(dòng)能力和很高的隔離電壓能力(4000V)。2SD315A具有兩個(gè)驅動(dòng)輸出通道，適合于驅 動(dòng)等級為1200V/1700V極其以上的兩個(gè)單管或一個(gè)半橋式的雙單元大功率IGBT模塊。其中在作為半橋驅動(dòng)器使用的時(shí)候，可以很方便地 設置死區時(shí)間。

2SD315A內部主要有三大功能模塊構成，分別是LDI(Logic To Driver Interface，邏輯驅動(dòng)轉換接口)、IGD(Intelligent Gate Driver，智能門(mén)極驅動(dòng))和輸入與輸出相互絕緣的DC/DC轉換器。當外部輸入PWM信號后，由LDI進(jìn)行編碼處理，為保證信號不受外界條件的 干擾，處理過(guò)的信號在進(jìn)入IGD前需用高頻隔離變壓器進(jìn)行電氣隔離。從隔離變壓器另一側接收到的信號首先在IGD單元進(jìn)行解碼，并把 解碼后的PWM信號進(jìn)行放大(±15V/±15A)以驅動(dòng)外接大功率IGBT。當智能門(mén)極驅動(dòng)單元IGD內的過(guò)流和短路保護電路檢測到IGBT發(fā)生過(guò) 流和短路故障時(shí)，由封鎖時(shí)間邏輯電路和狀態(tài)確認電路產(chǎn)生相應的響應時(shí)間和封鎖時(shí)間，并把此時(shí)的狀態(tài)信號進(jìn)行編碼送到邏輯控制單 元LDI。LDI單元對傳送來(lái)的IGBT工作狀態(tài)信號進(jìn)行解碼處理，使之在控制回路中得以處理。為防止2SD315A的兩路輸出驅動(dòng)信號相互干擾 ，由DC/DC轉換器提供彼此隔離的電源供電。

下頁(yè)內容：2SD315使用注意事項和IGBT保護
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2SD315使用時(shí)注意事項:

a、工作模式

驅動(dòng)模塊的模式選擇端MOD外接+15V電源，輸入引腳RC1和RC2接地，為直接工作模式。邏輯控制電平采用+15V，信號輸入管腳InA、InB連 接在一起接收來(lái)自單片機的脈沖信號。2SD315A的SO1和SO2兩只管腳輸出通道的工作狀態(tài)。當MOD接地時(shí)，MOD接地。通常半橋模式都是驅動(dòng)一個(gè)直流母線(xiàn)上的一個(gè)橋臂，為避免上下橋臂直通必須設置死區時(shí)間，在死區時(shí)間里兩個(gè) 管子同時(shí)關(guān)斷。因此，RC 1， RC2端子必須根據要求外接RC網(wǎng)絡(luò )來(lái)產(chǎn)生死區時(shí)間，死區時(shí)間一般可以從100n，到幾個(gè)ms。圖中所示的RC 1，  RC2分別連接lOk。的電阻和100pF的電容，這樣產(chǎn)生的死區時(shí)間大約是500ns。

b、端口VL/Reset

這個(gè)端子是用來(lái)定義具有施密特性質(zhì)的輸入InA和InB的，使得輸入在2/3VL時(shí)開(kāi)通，在I/3 VL時(shí)作為關(guān)斷信號。當PWM信號是TTL電平時(shí)， 該端子連接如圖3-5所示，當輸入InA和InB信號為15V的時(shí)候，該端子應該通過(guò)一個(gè)大約1K左右的電阻連接到++15V電源上，這樣開(kāi)啟和關(guān) 斷電壓分別應該是lov和5V。另外，輸入UL/Reset端還有另外的功能:如果其接地，則邏輯驅動(dòng)接口單元l。DI001內的錯誤信息被清除。

c、門(mén)極輸出端

門(mén)極輸出Gx端子接電力半導體的門(mén)極，當SCALE驅動(dòng)器用15V供電的時(shí)候，門(mén)極輸出土15V。負的門(mén)極電壓由驅動(dòng)器內部產(chǎn)生。使用如圖3-6 結構的電路可以實(shí)現開(kāi)通和關(guān)斷的速度的不一樣，增加了用戶(hù)使用的靈活性。

d、布局和布線(xiàn)

驅動(dòng)器應該盡可能近的和功率半導體放在一起，這樣從驅動(dòng)器到電力晶體管的引線(xiàn)就會(huì )盡可能的短，一般來(lái)說(shuō)驅動(dòng)器的連線(xiàn)盡量不要長(cháng) 過(guò)10厘米。同時(shí)一般要求到集電極和發(fā)射極的引線(xiàn)采用絞合線(xiàn)，還有可以在IGBT的門(mén)極和發(fā)射極之間連接一對齊納穩壓二極管(15~18V) 來(lái)保護IGBT不會(huì )被擊穿。


驅動(dòng)模塊的模式選擇端MOD外接+15V電源，輸入引腳RC1和RC2接地，為直接工作模式。邏輯控制電平采用+15V，信號輸入管腳InA、InB連 接在一起接收來(lái)自單片機的脈沖信號，進(jìn)行同步控制。2SD315A的SO1和SO2兩只管腳外接三極管和光耦用來(lái)向單片機輸出兩輸出通道的 工作狀態(tài)，其輸出端結構皆為集電極開(kāi)路輸出，可以通過(guò)外接上拉電阻以適用于各種電平邏輯。在管腳SO1、SO2和電源之間，以及VisoX 和LSX之間加發(fā)光二極管進(jìn)行故障指示。正常情況下SO1和SO2輸出皆為高電平，上電后D3和D4先亮，延時(shí)幾秒后熄滅，同時(shí)D8和D15發(fā)亮。

當檢測到故障信號時(shí)，SO1和SO2的輸出電平被拉低到地，即D3和D4發(fā)亮，同時(shí)D8和D15閃爍。2SD315A是通過(guò)監測UCE(sat)來(lái)判斷回路是否 短路和過(guò)流，當檢測到一路或兩路發(fā)生過(guò)流現象時(shí)，檢測電路會(huì )把異常狀態(tài)回饋到驅動(dòng)模塊，驅動(dòng)模塊內部會(huì )產(chǎn)生一個(gè)故障信號并將它 鎖存，鎖存時(shí)間為1s，在這段時(shí)間內，驅動(dòng)模塊不再輸出信號，而是將兩組IGBT及時(shí)關(guān)斷予以保護。同時(shí)，狀態(tài)輸出管腳SO1和SO2的高電平 被拉低，光耦TLP521導通，兩路狀態(tài)信號通過(guò)或門(mén)74LS32送給單片機。為防止因關(guān)斷速度太快在IGBT的集電極上產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢，在 門(mén)極輸出端采用如圖3。11所示的電路結構實(shí)現開(kāi)通和關(guān)斷速度的不同。開(kāi)通時(shí)門(mén)極電阻為3。4Ω，關(guān)斷時(shí)電阻為6。8Ω，二極管采用快恢 復型，這樣就使關(guān)斷速度下降到安全水平。這是一張縮略圖，點(diǎn)擊可放大。按住CTRL，滾動(dòng)鼠標滾輪可自由縮放

IGBT短路失效機理

IGBT負載短路下的幾種后果

(1) 超過(guò)熱極限:半導體的本征溫度極限為250℃，當結溫超過(guò)本征溫度，器件將喪失阻斷能力，IGBT負載短路時(shí)，由于短路電流時(shí)結溫升 高，一旦超過(guò)其熱極限時(shí)，門(mén)級保護也相應失效。
(2) 電流擎住效應:正常工作電流下，IGBT由于薄層電阻Rs很小，沒(méi)有電流擎住現象，但在短路狀態(tài)下，由于短路電流很大，當Rs上的壓降 高于0。7V時(shí)，使J1正偏，產(chǎn)生電流擎住，門(mén)級便失去電壓控制。
(3) 關(guān)斷過(guò)電壓:為了抑制短路電流，當故障發(fā)生時(shí)，控制電路立即撤去正門(mén)級電壓，將IGBT關(guān)斷，短路電流相應下降。由于短路電流大， 因此，關(guān)斷中電流下降率很高，在布線(xiàn)電感中將感生很高的電壓，尤其是在器件內封裝引線(xiàn)電感上的這種感應電壓很難抑制，它將使器件 有過(guò)電流變?yōu)殛P(guān)斷過(guò)電壓而失效

IGBT過(guò)流保護方法

(1) 減壓法：是指在故障出現時(shí)，降低門(mén)級電壓。由于短路電流比例于外加正門(mén)級電壓Ug1，因此在故障時(shí)，可將正門(mén)級電壓降低。
(2) 切斷脈沖方法：由于在過(guò)流時(shí)，Uce電壓升高，我們利用檢測集電極電壓的方法來(lái)判斷是否過(guò)流，如果過(guò)流，就切斷觸發(fā)脈沖。同時(shí)盡 量采用軟關(guān)斷方式，緩解短路電流的下降率，避免產(chǎn)生過(guò)電壓造成對IGBT的損壞