基于IR22141的IGBT驱动及保护电路设计

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【摘要】IGBT的驱动电路是应用IGBT开关管的关键技术，一个性能好的驱动电路不仅能够有效地驱动IGBT，而且能够可靠地保护IGBT。本文介绍了一种基于ir22141芯片的大功率igbt驱动及保护电路的设计以及运用。

【关键词】IGBT；驱动电路，过流保护电路；IR22141芯片

前言

绝缘栅双极型晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种由双晶体管组成的器件，既具有栅极电压控制快速开关特性，又具有双极晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点。但是IGBT的门极驱动电路影响IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路电流能力等参数，决定了IGBT的静态与动态特性。因此在使用IGBT时，最重要的工作就是设计好驱动和保护电路。

本文将从IR22141芯片简介、门极电路设计以及有源钳位设计三个方面来叙述。

1.IR22141芯片简介

IR22141是适合于单向器半桥栅极驱动，高栅极驱动能力（2A源，3A接收器）和低静态电流使自举电源在中等功率系统的功率开关应用技术。该IR22141具有通过功率晶体管饱和检测手段全面的短路保护。该IR22141通过关闭顺利通过专用的软关断引脚的去饱和晶体管，因此防止过电压年龄和减少电磁排放管理所有半桥故障。在多相体系IR22141驱动程序使用一个专用的本地网络（SY_FLT和故障/SD信号）妥善管理相-相短路沟通。系统控制器可以强制关闭或通过3.3 V兼容CMOS的I/O引脚（故障/SD）读取设备故障状态。为了提高从直流母线噪声信号免疫力，控制和电源地使用专用引脚实现低侧发射极电流检测以及。欠压条件下浮动，低压电路独立管理。图1为利用IR22141芯片驱动IGBT模块的典型电路连接图。

2.门极电路设计

IGBT门极（G极）驱动电阻器、电容器等应该尽量靠近模块引线端子放置。IGBT模块关断过压较小，G极驱动电阻无需远大于规格书给定值。如果IGBT开通、关断使用不同阻值的电阻，可以用二极管（最好是肖特基二极管）隔开（如图2所示）。该二极管还有助于加速负载短路时VCE 的退饱和，从而安全地关断IGBT。由于IGBT模块一般采用螺栓式引线端子，为减小电路的寄生电容和电感，驱动电路板常被直接安装在模块上，所以温度因素不可忽略，我们就要尽可能选用温漂系数小的器件，比如G极驱动电容最好选用Ⅰ类介质独石电容器，这样可以保证工作时功率器件开关性能的稳定。

3.有源箝位设计

IGBT工作期间难免遭受瞬时C、E之间的过电压，特别是在器件发生短路继而关断的时候，因此需要一个吸收电路，比较常见的做法是在母线端加吸收电容或使用TVS作有源箝位。这里主要介绍利用TVS进行有源箝位，如图3中圈出部分。TVS是在稳压管工艺基础上发展起来的一种产品，在规定的反向应用条件下承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位响应时间为ps级。

4.结语

本文从对IR22141芯片的简介入手，大致了解了IR22141芯片的功能和特点。又分别介绍了门极电路设计和有源箝位设计的工作原理。设计的基于IR22141的大功率IGBT驱动电路可以实现大功率的IGBT驱动，同时从整体上来看拥有保护电路的能力，使得IGBT的应用更加完善与安全。实验结果证明了这种方案的合理性与有效性。

参考文献

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[4]陈建业.电子电力电路的计算机仿真[M].北京：清华大学出版社，2005.

[5]王秀利，潘燕，冯江华，等.网测变流器系统建模及半实物仿真实现[J].机车电传动，2005（5）：8-11.

作者简介：

方昱琨（1992―），男，山东烟台人，大学本科，研究方向：电子信息通信。

曾卫华（1978―），男，江西人，博士研究生，研究方向：地球物理仪器。

李佳澳（1992―），女，辽宁沈阳人，大学本科，研究方向：嵌入式编程。

余明典（1993―），女，四川巴中人，大学本科，研究方向：单片机开发研究。

李双村，男，陕西榆林人，大学本科，研究方向：光电子线路。