摘要：本文依据IGBT驱动光耦特性总结了驱动电路的规划要求。选用PC929规划了一种简略、有用的IGBT驱动电路，剖析了维护电路的功用。进行的正常注册关断实验和毛病维护实验标明，该电路可满意IGBT驱动的要求，并具有牢靠的维护功用。
要害词：IGBT；驱动电路；维护电路
1.导言
绝缘门极双极型晶体管IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor)，是八十年代中期发展起来的一种复合了功率场效应管和电力晶体管长处的新式复合器材，既具有输入阻抗高、开关速度快、热安稳性好和驱动电路简略的长处，又具有通态电压低、耐压高和接受电流大等长处，因而发展敏捷，很快在电机驱动、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的范畴得到广泛运用[1]。在IGBT的实践运用中，其栅极驱动电路的合理规划是确保IGBT安全牢靠运转的重要环节。现在，国内外推出了针对IGBT的多种驱动模块，如EXB841、M57962L、IR2110[4]、IXDN404[7]等，实践运用中，多种IGBT驱动模块电路运用上都有其局限性[3]。本文介绍了一种选用PC929芯片的IGBT驱动电路规划办法，具有简略有用的长处，可用于中小功率的变流器。
2IGBT驱动电路规划要求
依据IGBT的特性，对其驱动电路有如下要求：
(1) 供给恰当的正反向栅极电压，使IGBT牢靠地注册和关断。当正偏压增大时IGBT通态压降和注册损耗均下降，但若栅极电压UGE过大，则负载短路时其IC随UGE增大而增大，对其安全晦气。因而运用中UGE取15V左右的正向栅极电压较为适宜[2]。负偏电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般选UGE为-10V左右为宜。
(2)IGBT注册后，驱动电路应供给满意的电压、电流幅值，使IGBT在正常作业及过载情况下不致因退出饱满而损坏。
(3) 能为IGBT栅极供给具有较峻峭前后沿的驱动脉冲。IGBT的快速注册和关断可下降开关损耗。
(4) 挑选恰当IGBT驱动电路中的栅极电阻和维护检测回路电阻。
(5) 具有栅压限幅电路，维护栅极不被击穿。IGBT栅极极限电压一般为土20 V，驱动信号超出此规模或许损坏栅极[6]。
(6) 驱动电路应具有较强的抗干扰才能及对IGBT的维护功用。IGBT的操控、驱动及维护电路等应与其高速开关特性相匹配，别的，在未采纳恰当的防静电办法情况下，IGBT的G-E端不能开路。
3.依据PC929的IGBT驱动电路规划
日本SHARP公司出产的PC929芯片具有高速、内建短路维护电路、运用方便等特色，是一种比较典型的驱动电路芯片。驱动电流最大为0.4A；具有小于0.5ms的高速呼应时刻；阻隔电压高达4kV，适用于中小容量IGBT的驱动。
本文规划的依据PC929的驱动维护电路具有单电源、正负偏压、过流检测、牢靠维护等首要特性，功用较为完善，具有广泛运用远景。驱动电路由驱动主电路和维护逻辑电路两部分组成。
3.1 驱动电路简介
图1所示为依据PC929的驱动电路。PC929是内建短路维护电路的门极驱动高速光耦芯片，PWM脉冲输入到芯片1、3脚，26伏的供电电压接到13、14脚。由于桥臂上、下开关管驱动电压不能共地，因而每个IGBT管的驱动电路需求独自电源供电，本实验选用开关电源供给的各路独立的直流电源。
11脚经过R10构成门极脉冲输出，经过电阻R11和10伏稳压管DW发作10V电压基准，这样，PC929输出驱动电压相对E点为正16伏和负10伏电压信号，满意驱动IGBT的要求。
9脚为毛病判别引脚，外围由R6、R7、R8、R9、R13、D1、D2、D3、C2构成包括滤波功用的毛病判别回路。经过规划9脚外围电路，可以把需求发作维护的电流量与9脚规则的Vcc-6伏电压树立对应联系。
8脚作为芯片的毛病输出引脚经过光耦接到维护逻辑电路。
图1 依据PC929的驱动电路拓扑
3.2驱动电路作业原理
1、正常开关进程
当操控电路PWM脉冲进入PC929芯片，在PWMx输入信号为低电平时，芯片中的光耦导通，信号经过芯片中的推挽电路，11脚发作相关于E点的16伏高电平，经过电阻R10给IGBT栅极供给电流，使管子敏捷导通。
反之，假如PWMx输入信号为高电平，芯片中光耦不导通，则11脚发作相关于E点的负10伏低电平脉冲信号，栅极电荷敏捷放掉，封闭IGBT。
栅极电阻R10对作业功用有较大的影响，R10较大时，有利于按捺IGBT的电流上升率及电压上升率，但会添加IGBT的开关时刻和开关损耗；R10较小时，会引起电流上升率增大，使IGBT误导通或损坏。R10的详细数据与驱动电路的结构及IGBT的容量有关，一般在几十欧左右，小容量的IGBT其R10值一般较大。本文实验电路中栅极电阻R10选为100欧姆。
2、毛病维护动作
PC929对IGBT的维护是经过检测Vce电压来完成的。R6～R9,R13,D3构成对Vce的检测回路，当IGBT发作过流毛病或短路毛病的时分，集电极电流敏捷添加，IGBT集电极电压上升。导致9脚电压超越维护值，即当电位高于Vcc-6（20V）时，关断输出，一起芯片8脚FS输出低电平毛病信号，经过光耦B1送至RS触发器。阻隔后的维护信号传递到维护闭锁逻辑电路，经过逻辑处理，将一切脉冲封闭。
对Vce的电压进行检测的电路参数挑选，关于完成精确牢靠的维护非常要害。图2所示为FP25R12KE3型IGBT，在门极驱动电压为15V时的输出特性曲线。本文实验电路中IGBT额外运转电流为10A，故过流维护值设置为25A。依据图2中125摄氏度时的特性曲线可知，当VCE电压大于2V时，电流值为 25A。经过对R6～R9,R13电阻值的恰当选取，可以使VCE电压大于2V时，PC929的9脚检测电压大于Vcc-6伏，依据PC929芯片功用封闭PWM脉冲。
图2 FP25R12KE3型IGBT的输出特性曲线[5]
供电电源的质量对驱动电路和维护逻辑电路正常运用非常重要。假如在发作短路过流的情况下，开关电源呈现不安稳，影响逻辑电路的供电，就会导致维护失利，不能封闭脉冲，从而简单损坏IGBT。
为了使该驱动电路牢靠维护，有必要确保9脚接纳的电压信号安稳而没有纹波，电路中规划的C2起到了这个效果，它起到滤除电路中纹波的效果，确保了9脚维护的高度牢靠性，不然或许由于毛刺发作误维护。
3.3短路维护闭锁电路规划
图3 IGBT短路维护闭锁逻辑电路
图3所示为六路驱动电路的逻辑维护电路，确保了在各种硬件毛病情况下各个IGBT脉冲的牢靠封闭。PC929驱动电路发作的毛病（FAULT）信号经过RS触发器和一个或门，触发器Q输出高电平使或门输出坚持高电平，发作反应回驱动芯片的维护信号，可以封闭六路芯片输出脉冲。一起，触发器 
输出SC信号引起DSP功率驱动维护中止，DSP进行相应的程序处理。
4. 实验成果剖析
将上述驱动电路运用于3.7kW三相PWM整流器中，进行了如下实验。
图4是运用该驱动电路发作的典型驱动脉冲的波形图，其间通道l为输入操控信号，通道2为输出驱动信号。如图所示，可以看出该驱动电路发作的16V高电平和负10V低电平脉冲，可以牢靠导通和关断IGBT。
图4 门极典型驱动脉冲波形
图5是驱动脉冲的上升沿波形图，其间通道l为输入操控信号，通道2为输出驱动信号。图中可以看出，当操控信号发作导通指令的时分，该驱动电路在3ms时，脉冲就到达16V，及时导通IGBT。
图5 门极驱动脉冲上升沿波形
图6是驱动脉冲的下降沿波形图，其间通道l为输入操控信号，通道2为输出驱动信号。图中可以看出，当操控信号发作关断指令的时分，该驱动电路在3ms时，脉冲到达负10V，及时关断IGBT。
图6 门极驱动脉冲下降沿波形
图7是IGBT发作功率驱动维护时分，经过逻辑闭锁电路封闭别的一路驱动脉冲的波形图，其间通道l为功率驱动维护信号（低电平维护），通道2为输出驱动脉冲信号。图中可以看出，当IGBT发作功率维护操控信号发作低电平的时分，该驱动电路的逻辑闭锁电路在2～3ms内及时使其他各路IGBT关断，功用可以到达牢靠维护一切IGBT的要求。
图7 发作短路维护后驱动脉冲波形
5.定论
本文所规划的驱动电路具有如下首要特色：①运用带有短路维护功用的芯片PC929，简化了电路的结构；②该驱动维护电路运用到3.7kW三相变流器中，6个IGBT管均运用相同的驱动维护电路，功用牢靠；③规划了的维护逻辑电路，可以满意IGBT短路维护的需求，且具有毛病自锁功用。实验成果证明，该IGBT驱动电路经济、有用、安全、牢靠，有较大的运用远景。
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