中国是电力电子出口的大国，我国的造纸工艺来源于古代。下面我介绍一下IGBT驱动技能在怎样在造纸职业称雄的!
电力电子技能在当今急需节能降耗的工业范畴里起到了不行代替的效果;而IGBT在比方变频器、大功率开关电源等电力电子技能的能量改换与办理运用中，越来越成为各种主回路的首选功率开关器材，因而怎么安全牢靠地驱动IGBT作业，也成为越来越多的规划工程师面临需求处理的课题。
在运用IGBT构成的各种主回路之中，大功率IGBT驱动维护电路起到弱电操控强电的终端界面(接口)效果。因其重要性，所以能够将该电路看成是一个相对独立的“子体系”来研讨、开发及规划。
大功率IGBT驱动维护电路一向随同IGBT技能的开展而开展，现在市场上盛行着许多品种十分老练的大功率IGBT驱动维护电路专用产品，成为大大都规划工程师的首选;也有许多的工程师依据其电路的特殊要求，自行研制出各种专用的大功率IGBT驱动维护电路。本文对这些大功率IGBT驱动维护电路进行分类，并对该电路需求到达的一些功用进行论述，最终展望此电路的开展。此外本文所述大功率IGBT驱动维护电路是指运用于直流母线电压在650V～1000V规模、输出电流的沟通有效值在100A～600A规模的场合。
2 大功率IGBT驱动维护电路的分类
依照大功率IGBT驱动维护电路能够完结的功用来分类，能够将大功率IGBT驱动维护电路分为以下三品种型:单一功用型、多功用型、全功用型。
2.1 单一功用型
单一功用型的大功率IGBT驱动维护电路一般是由光耦和功率缓冲器构成，如HCPL-3150等，如图1所示。它将一般操控信号的TTL/CMOS输入电平信号转变为正负十几伏的IGBT门极驱动输出电平，正负电平的幅值取决于阻隔电源。
图1 HCPL-3150原理框图及引脚示意图
工程师进行规划时可将它配上阻隔电源电路、死区操控电路、逻辑处理电路、门极驱动电阻等，就可直接驱动IGBT，构成最简略的大功率IGBT驱动维护电路;也能够自己配上一些外围电路构成多功用型驱动器。
单一功用型的大功率IGBT驱动维护电路的最大长处是运用灵敏、本钱较低。它既能够运用于比方斩波、BOOST等需求单只IGBT运转的主回路，也能够运用于由多只IGBT组成的半桥、单相全桥、三相全桥等主回路。因为需求另配阻隔电源电路、逻辑处理电路等，所以留给规划工程师的开发使命量大，这也是单一功用型的大功率IGBT驱动维护电路的最大缺陷。这儿的逻辑处理电路一般是指上电次序逻辑及各类维护处理等功用。
此外像HCPL-3150等驱动器的驱动才能有限，一般都在3A以下，假如驱动600A以上的IGBT就需求外接更大的功率缓冲电路或采纳其它办法。
2.2 多功用型
多功用型的大功率IGBT驱动维护电路除了供应直接驱动IGBT的功用之外，还能够供应完善的维护功用，如HCPL-316J、M57962等，如图2和图3所示，它们一般选用混合厚膜封装技能或许选用集成封装技能，能够直接兼容CMOS/TTL电平。工程师进行规划时一般只需求配上阻隔电源电路、死区操控电路、逻辑处理电路、门极驱动电阻等，就能够成为一个较为完好的大功率IGBT驱动维护电路。
M57962、HCPL-316J等驱动器自身具有较完好的维护功用，集成度高。其最大的长处是使开发人员的作业得到简化，并且牢靠性高，十分适于多路驱动的场合。可是因为它们的驱动才能也有限，假如驱动更高功率的IGBT，也需求外接更大的功率缓冲电路。
M57962、HCPL-316J等驱动器一般供应软关断功用，在需求维护IGBT退出过流、短路状况时，这个功用十分重要，它能够使IGBT的NPNP四层结构免于进入“可控硅栓锁”状况。此外像HCPL-316J等驱动器还具有欠压确认维护功用，这大大简化了规划者的作业。
2.3 全功用型
全功用型的大功率IGBT驱动维护电路除了具有各类完善的维护功用之外，还都无一例外地装备了DC/DC阻隔电源，如2SD315AI(Concept)、SKYPERTMPRO(Semikron)、2ED300C17-S(Eupec)等。都是现在国际上闻名的全功用型驱动器。
3 大功率IGBT驱动维护电路的功用
依据不同的运用需求，大功率IGBT驱动维护电路能够由多个功用组成一个相对完好的独立子体系。该体系的首要使命是完结“接口”作业:
3.1 阻隔功用
因为发生波形逻辑的操控电路与功率主回路之间存在电平差异，并且功率主回路存在十分高的电磁搅扰，这就需求进行信号传递的阻隔及电源供应的阻隔。信号阻隔有两种办法:光耦阻隔办法及脉冲变压器阻隔办法。
光耦阻隔办法的长处是转化电路简略，易于运用。因为上升延时及下降延时在500ns左右的量级，所以适用在频率较低的范畴。假如需求毛病回传到主控体系，则需求别的一路光耦。为了方便运用，也有将这两个光耦集成在一个封装之内的产品，如HCPL-316J等等。现在市场上光耦阻隔办法的最大作业阻隔电压VIORM在3500V左右。
脉冲变压器阻隔办法的转化电路相对杂乱，一般需求运用专用集成电路，可是因为其运转速度高，适用在频率较高的范畴，并且毛病回传不需求其它绕组，阻隔通道相对简略。只需空间方位答应，变压器阻隔能够因为绕制工艺的改善做到十分高。此外一些对动态的阻隔有要求的运用场合，要求阻隔电路的dv/dt耐量十分高，而运用脉冲变压器阻隔则能够到达75kV/μs以上的水平。
电源供应阻隔一般选用不共地的DC/DC改换器，其变压器阻隔耐压一般是母线电压的3倍以上，改换器的二次侧有必要能够供应正负电源。
3.2 死区阻隔功用
驱动死区阻隔的设置(见图7暗影部分)关于半桥、全桥主回路来说是十分重要的。它一般是运用R、C电路来完结的。R、C电路的长处是简略，抗搅扰才能强，缺陷是简单受温度影响，本钱较高，需求占有名贵的PCB板件的面积，死区时刻的调整距离偏大。
针对上述R、C电路的缺陷，许多具有开发才能的用户乐意运用“数字”的办法来取得死区。其最大的长处是温度稳定性好，因为调整步距只是与时钟信号频率有关，能够做到很精密，利于优化算法及主回路体系。
3.3 驱动功率的缓冲功用
关于输出额定电流在100A以上的IGBT来说，尽管归于具有高阻输入的场控器材，可是因为寄生电容的存在以及弥勒效应，在短时内(微秒或亚微秒)需求向IGBT的输入端输入或抽出较大的电流，从几百毫安到十几个安培不等，视IGBT及主回路的参数来确认。因而在功率容量上一般的逻辑电路及逻辑缓冲电路均无法担任，需求专门规划的功率缓冲电路来处理。这一类功率缓冲电路根本都是选用图腾柱输出级。许多产品选用双极型器材如M57962L等，也有选用单极型器材的如2SD315AI等，更有选用混合型器材，其上管选用双极型器材，下管选用单极型器材如HCIPL-316J等等。为了满意瞬间能够源出、吸入十几个安培，去耦电容的挑选及布局显得极为重要。一般选用具有杰出高频特性的独石电容，在PCB布局时要求尽量紧靠图腾柱。
功率缓冲级的电源供应的容量也是十分重要的，视IGBT的门极电荷以或门极电容参数以及主回路作业频率来确认。功率缓冲级电路如图8所示，它的阻隔耐压水平与信号传递电路的耐压水平要求同等。
3.4 检测及维护功用
3.4.1 过流检测及维护
一般选用直接电压法。当IGBT呈现过流状况时，Vce饱满压降增大，因而经过检测IGBT导通时的Vce饱满压降与设定的阈值进行比较就能够判别是否呈现过流。为了进步抗搅扰才能，呈现了许多的基准设置及比较办法，防止功率主回路呈现频频“打嗝”甚至停机的现象。此外怎么安全地关断一只甚至多只并联处于过流之中的IGBT也需求细心考虑，现在大都选用软关断办法防止IGBT进入“栓锁”状况。
3.4.2 欠压检测及维护
一般状况下，IGBT栅极电压Vge需15V才能使IGBT进入深饱满;假如Vge低于13V，在大电流时，CE之间过高的导通压降将使IGBT芯片温度急剧上升;当栅极电压低于10V，IGBT将作业于线性区并且很快因过热而焚毁;因而需求对Vge的电压进行欠压检测。在2ED300C17-S、SKYPERTMPRO等全功用型驱动器的二次侧上都集成了该功用。
3.4.3 温度检测及维护
在一些公司出产的IGBT模块上，还集成了温度传感器，只需将该温度传感器的信号连接到驱动器的相应检测电路上，就能完结驱动器对IGBT温度的检测。因为传感器安放在IGBT的芯片邻近，能够愈加真实地反映出IGBT芯片的实践温度，所以能够愈加牢靠地维护IGBT模块。
3.4.4 维护功用的逻辑处理
一旦IGBT模块呈现了上述的任何一个毛病，都需求进入维护状况，所以维护功用的逻辑处理是最要害的一环，也是最难于规划的一环，并且一般也是由规划工程师自己来开发完结的。它的处理原则是:当某一只IGBT呈现了毛病，要求维护逻辑处理做到:
(1)尽可能不停机;
(2)要防止事端进一步扩展;
(3)要求对报警信号进行真假的鉴别。
这需求采纳软件与硬件结合规划的办法来完结“智能维护逻辑处理”。体系不同，办理维护的逻辑处理规划也不同。一般采纳的办法是:首要安全关断“问题IGBT”，然后依据体系的要求判别是否需求关断更多的IGBT，直至停机。一起要求每一个过程都设定一个适宜的延时，以便滤除伪信号。
3.5 短脉冲按捺功用
在驱动信号的传输过程中，因为搅扰、计算误差等原因会形成在驱动信号上呈现一些短脉冲，也叫“毛刺”;假如驱动器依照这些短脉冲进行相应的IGBT开关，则会形成输出波形变差，因而有必要对此类短脉冲进行按捺。
4 技能展望
4.1 门极驱动电压进步
现在IGBT的注册电压一般选用 15V电压源驱动，有人现已提出开展恒流源驱动的办法，以为能够战胜IGBT的“米勒”电容效应，使IGBT的导通愈加牢靠。IGBT的关断电压从开始的0V，到后来的-7V左右，低频下遍及运用-15V。
4.2 逐一脉冲软关断
现在大部分大功率IGBT驱动维护电路在正常运转时的关断办法为硬关断，只要在呈现过流的状况下才会选用软关断的办法。而在理性负载状况之下，IGBT关断之后为了坚持电流的连续性，必定会有一只续流二极管导通，此刻会在功率母线的寄生电感上发生一个尖峰电压:Δv=L&TImes;di/dt，除了寄生电感L及关断电流的巨细影响之外，假如硬关断越快，即dt越小，则尖峰电压Δv越高。而关于运用在较低频状况下的大功率IGBT，因为电流在几百安培，所以逐一脉冲进行软关断将会大大下降尖峰电压Δv，使尖峰电压Δv发生的搅扰会大幅减小，能够进步体系的牢靠性。一些IGBT出产厂商也在着手开发具有软关断特性的IGBT芯片。
4.3 过流检测维护阈值(参阅基准)设置办法
当时大部分大功率IGBT驱动维护电路对过流检测的维护阈值只要一个，一般惯例值设在7V～9V。为了防止误报警，呈现了一些不同的阈值设置办法。
变阈值设置办法:在IGBT从截止状况刚刚进入饱满状况期间(约几个微秒至十几个微秒)，维护阈值能够从15V(或许更高)依照必定的曲线降至惯例设置值，能够防止在此期间的扰动的伪信号形成误报警;
多阈值设置办法:为了更为符合实践的工况运用状况，下降停机率，能够选用多阈值维护。比方IGBT的饱满压降到达榜首阈值时，选用下降栅极电压的处理办法;到达更高的第二阈值时，才完全关断IGBT。
4.4 愈加靠近驱动目标
现在，针对各种工况下运用的IGBT，例如高压变频器、UPS、逆变焊机等运用场合，均有不同的大功率IGBT驱动维护电路推出。这些驱动器的原理大致相同，但愈加贴进各自的驱动目标。
4.5 与智能功率模块(IPM)分别在不同的功率范畴并行开展
IPM内部集成了驱动电路，只需供应操控信号即可作业，首要运用中小功率场合;而大功率IGBT驱动维护电路一般用于大功率场合，对大功率的IGBT进行驱动。跟着IGBT出产工艺，硅片技能、驱动技能的不断进步和开展，大功率IGBT驱动维护电路与IPM均在各自的功率范畴并行开展。
5 大功率IGBT驱动维护电路开展所遭到的的约束
本钱价格的约束，是对大功率IGBT驱动维护电路开展的最大约束。一个好的大功率IGBT驱动维护电路面临要处理的问题较广泛、杂乱，牢靠性的要求却十分之高。所以本钱要素极大地约束了全功用型大功率IGBT驱动维护电路的开展，而价格适中的多功用型大功率IGBT驱动维护电路是大大都工程师们的首选产品。关于肯在主回路上进行电流直接取样出资的工程师来说，单一功用的驱动电路则是他们的首选。
6 结束语
大功率IGBT驱动维护技能的开展完全是遭到IGBT开展的影响而开展的，跟着半导体技能的进一步开展，新的器材甚至新式的IGBT的诞生，以及新的主回路拓扑的诞生，会呈现新颖的驱动维护技能。
