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摘要：本文在分析了IGBT驱动条件的基础上介绍了几种常见的IGBT驱动电路，设计了一种基于光耦HCPL-316J的IGBT驱动电路。实验证明该电路具有良好的驱动及保护能力。

关键词：驱动电路；IGBT保护；HCPL-316J

引言

绝缘门极双极型晶体管(Isolated Gate Bi―polar Transistor简称IGBT)是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。但是IGBT良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理，制约着IGBT的推广及应用。因此本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路。

IGBT驱动电路特性及可靠性分析

门极驱动条件

IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS。和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du／dt电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压UGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duddt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。

根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：

【摘要】本文介绍了IGBT门极驱动保护电路的分类，分析了IGBT驱动保护电路的发展趋势，对常用IGBT驱动器如光耦隔离型、变压器隔离型等典型电路进行了分析，并将市场上常用厂家生产的IGBT驱动器工作参数和性能进行了比较，结合对工程实践中IGBT故障的分析，讨论了选用IGBT驱动器时的参考原则。

【关键词】IGBT;驱动;保护

ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers. IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the the IGBT fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.

KEY WORDS：IGBT;drive;protection

绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor简称IGBT）是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。但是IGBT 良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理，制约着IGBT的推广及应用。因此本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路[1]。

1.IGBT驱动电路特性及可靠性分析

IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压、负偏压和门极电阻的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由电流引起的误触发等问题[2-3]。

根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：

【摘要】IGBT具有开关速度快、栅极驱动电流小、驱动功率大等特点得到广泛应用。针对 IGBT 驱动的实际要求，介绍了IGBT工作特性，并利用M57962L设计出一种适用的IGBT驱动电路。

【关键词】M57962L;IGBT;驱动;电路

ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers.IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the MOSFET fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.

KEY WORDS：M57962L;IGBT;drive;circuit

引言

IGBT是一种新型功率器件，即绝缘栅极双极集体管（Isolated Gate Bipolar Transistor），是上世纪末出现的一种复合全控型电压驱动式电力电子器件。它将GTR和MOSFET的优点集于一身：输入阻抗高，开关频率高，工作电流大等，在变频器、开关电源、弧焊电源等领域得到广泛地应用[1]。

IGBT具有一个2.5V～5.0V的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷集聚很敏感。故驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗值的放电回路，同时驱动电源的内阻一定要小，即栅极电容充放电速度要快，以保证VGE有较陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量要小。

在IGBT承受短路电流时，如果能及时关断它，则可以对IGBT进行有效保护。识别IGBT是否过流的方法之一，就是检测其管压降VCE的大小。IGBT在开通时，若VCE过高则发生短路，需立即关断IGBT。在过流关断IGBT时，由于IGBT中电流幅度大，若快速关断时，必将产生过高，在IGBT两端产生很高的尖峰电压，极易损坏IGBT，因此就产生了“软慢关断”方法。M57962L驱动电路就是依照上述理论进行设计的。

1驱动电路方框图

图2所示为驱动电路设计的方案框图，电路包含光纤发送电路、驱动转接电路、驱动器三部分。实际应用中，IGBT与DSP控制板的安装位置相距较远，为了增强抗干扰能力，实现远距离传输，由DSP控制板发出的PWM波(电信号)经光纤发送电路转换为光信号再经光纤传至驱动转接电路。驱动转接电路将光信号转换为与IGBT驱动器电平匹配的电信号，送给IGBT的驱动器。驱动转接电路要靠近IGBT驱动器安装，两者通过屏蔽排线连接可以增加抗干扰性。驱动器上反馈的IGBT故障信号沿与上述PWM波传输相反的路径送给DSP控制板，DSP对其处理然后发出相应保护指令。驱动器保护电路负责检测和保护功率器件，防止意外产生，可立即关断器件。

2驱动电路设计

2．1光纤发送电路由DSP发出的PWM信号先通过RC滤波和施 密特触发器整形后送给后面的光纤发送电路，转换为光信号，如图3所示。RC低通电路的参数如图3所示，截止频率fp=1/2πR1C1=6．8MHz，可滤除PWM波的高频干扰，二极管D1、D2将电平钳位在0V或5V，反相施密特触发器74HC14输出传递延迟为几十ns。二输入与非门SN75452的目的是为增强驱动能力。光纤发送、接受器分别采用AVAGO的HFBR1521和2521，这对组合能实现5MBd的传输速率下最大20m的传输距离。

2．2驱动转接电路驱动转接电路接收光纤传递过来的PWM波信号，将光信号转换为电信号，然后分成两路送给并联的两个IGBT的驱动器。图4为驱动转接电路的部分原理图。为了防止IGBT直通［7］，要求IGBT上、下管驱动信号不能同时为高电平。驱动转接电路将输入的两路信号PWM-A，PWM-B(对应IGBT上、下管驱动信号，低电平有效)其中一路信号做“非”处理然后与另一路信号做“与非”处理，这样，当驱动转接电路输入的两路PWM信号同时为低电平时，驱动转接电路输出PWM信号为低电平(高电平有效)，IG-BT上、下管均关断而不会直通。IGBT发生故障时，如过流、短路和驱动器电源欠压等，驱动器会反馈故障信号给驱动转接电路(图4中的SO1、SO2)。在驱动转接电路中将PWM信号与IGBT故障反馈信号SO(低电平有效)做“与”处理，这样当驱动器检测到IGBT故障时，驱动转接电路会封锁PWM信号输出(输出低电平)，及时关断IGBT。同时故障信号经驱动转接电路、光纤发送电路反馈给DSP，DSP对其处理后发出相应保护指令。

2．3驱动器电路

2．3．1输入信号处理2SP0320T2A0是基于CONCEPT公司的SCALE－2芯片组的驱动器。该驱动器采用脉冲变压器隔离，通过磁隔离把信号传到高压侧。根据脉冲变压器一次侧二次侧，芯片分为原方和副方。原方芯片有两个重要的特点:①芯片带宽很高，可以响应极高频的信号;②芯片的两个脉冲信号INA、INB输入跳变电平比较低，虽具有施密特特性，可是若噪声超过这个数值，驱动器也能响应。在SCALE－2输入芯片中，一般不使用窄脉冲抑制电路。但是若驱动器前端脉冲信号进行长线传输时，鉴于上述噪声干扰，窄脉冲抑制电路非常必要，然后再经施密特触发器CD40106，可将信号跳沿变得陡峭。门电路要就近接入INA、INB脚，如图5所示。为提高抗干扰能力可以在接收端放置一数值较小的下拉电阻，为提高输入信号的信噪比则可在输入侧配置电阻分压网络提高输入侧的跳变门槛，例如本来输入电压门槛分别为2．6V和1．3V经电阻R1=3．3kΩ和R2=1kΩ提高到了11．18V和5．59V。

2．3．2报错信号的处理报错信号SO管脚直接连到ASIC中，其内部为漏极开路电路，对噪声比较敏感，且连线越长，对噪声越敏感。对SO信号的处理有以下的方法:(1)SO信号必须有明确电位，最好就近上拉;(2)SO信号经过长线传输时，可以配合门电路，提高电压信号抗干扰能力，且接收端配合阻抗合适的下拉电阻;(3)SO接10Ω小电阻，再用肖特基二极管做上下箝位保护，控制器端用电阻上拉。如图6所示对应上述的第2种，虚线表长线传输。

摘 要：大功率的IGBT广泛地应用在各类电力变换装置中。为了保障IGBT 器件和VLA517可靠地工作，必须有效地设计与合理地使用IGBT保护电路。

关键词：IGBT； VLA517； 驱动电路； 保护电路

中图分类号：TG434.1 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2013）11-179-001

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种新型复合型器件。它具有高输入阻抗、低导通压降、热稳定性好、驱动电路简单、耐压高等几个方面的优点。IGBT专用高速驱动器VLA517是常用的集成驱动电路，它是EXB841的改进型。

一、VLA517的工作原理剖析

VLA517是IGBT 驱动专用模块，它由放大电路、过流保护、5V基准电压和输出等部分组成。工作电压为+20V，采用高速光耦实现隔离。其结构和工作原理如下。

（一）导通过程

（二）关断过程

【摘要】为了满足实际应用的需求，设计了600V/ 50A等级 IGBT模块驱动电路，电路重点考虑了由寄生的极间电容引起的米勒效应以及dV/dt对IGBT驱动的影响，经参数分析和计算，确定了驱动电压幅值和驱动电流值;驱动电路由光耦隔离、功率驱动和栅极保护电路组成，实现了信号端与功率端电气隔离、调节驱动电压幅值宽度和增加驱动电流、抑制米勒效应的功能。实验结果表明该驱动电路在100KHz工作频率下获得良好的IGBT输出波形，满足设计要求。

【关键词】IGBT;驱动;米勒效应

Abstract：In order to meet the needs of the applications，the drive circuit of the 600V/50A IGBT module has be designed，which mainly considers the effect of the Miller effect and the dV/dt on the IGBT.The amplitude of driving voltage and the driving current value of the drive circuit has be determined through the parameter analysis and calculation. The driving circuit is driven by the optocoupler isolation，power and grid protection circuit.The experimental results show that the drive circuit to obtain the IGBT output waveform is good at frequency 100KHz，meet the design requirements.

Keywords：GBT;Driver;Miller effect

引言

开关速度、导通损耗以及稳定度之间的平衡是选择IGBT的重要因素;而稳定可靠的IGBT驱动电路是IGBT发挥良好开关特性的重要保证，它可以避免在IGBT操作过程中由于信号干扰、电流或电压不足、操作延时等各种原因造成的开关误动作的发生，因此IGBT驱动电路的设计关系到整个电路系统设计的成败，对IGBT的使用来说至关重要。IGBT的开通与关断是由门级电压控制的，所需的驱动电压和驱动功率与IGBT的内部参数有着紧密的关联;如何避免米勒效应和dV/dt的影响是成功驱动IGBT的关键。

1.IGBT模块

由于实际电路的需求，所选的IGBT模块的集电极-发射极电压为Vecs=600V，集电极电流Inc=50A，最大门级驱动电压为±20V。该IGBT模块内含四个IGBT构成H桥，其内部结构如图1所示：

【摘要】针对目前IGBT驱动电路复杂的缺点，本文以德国西门康公司SKM100GB12T4型号的IGBT半桥模块为例，基于SKHI22AH4R型号的驱动模块，设计一种简单、实用的IGBT驱动电路，来驱动IGBT全桥电路。搭建实验平台，通过DSP数字处理器控制，对DSP产生3.3V的PWM驱动脉冲控制波，进行升压隔离，得到两路互补的15V/-7V并带有3.3?s死区时间的驱动脉冲，满足电路的工作要求。根据实验结果分析，该驱动电路方案具有简单、可行和功能强大的优点。

【关键词】IGBT;驱动电路;SKHI22AH4R;DSP

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）由于其兼具BJT和MOS管的优点，在工业生产中备受青睐，但是目前IGBT的驱动电路都比较复杂[1]。因此，为了保证IGBT安全稳定的工作，对其进行方便可靠的驱动就成了关键问题[2]。本文针对德国西门康公司SKM100GB12T4型号的IGBT模块为例，以SKHI22AH4R型号的驱动模块为核心，设计一种简单、实用、功能强大的IGBT驱动电路。通过搭建实验平台，验证了该方案的可行性和有效性。

一、IGBT基本特性

IGBT相当于一个以GTR为主导器件，由MOSFET驱动的器件，如图1所示[3]。

图1 IGBT的等效电路、器件符号

1.擎住效应

IGBT作为四层式结构器件，体内存在着寄生晶闸管和短路电阻RS。而且，在短路电阻上的压降，相当于寄生晶闸管的正向偏置电压。当iC超过一定范围值时，就会使寄生晶闸管的栅极失去控制作用，即发生擎住效应。在IGBT关断的动态过程中，如果IGBT发生擎住效应，集电极电流就会增大，从而产生过高的功耗，导致IGBT器件损坏[4]。

摘要：在较复杂的变流系统中，主控系统的延滞会影响IGBT模块故障保护的时效性，造成保护失败。针对这种情况，本文采用光耦

>> 基于HCPL-316J的IGBT驱动电路的设计 基于ACPL-38JT的IGBT驱动电路设计 基于SKHI22AH4R的IGBT驱动电路设计 基于IR22141的IGBT驱动及保护电路设计 一种基于PWM技术的微机械陀螺闭环驱动电路设计 基于EMCCD的驱动电路设计 一种新型LED驱动电路设计 一种基于数字灰度的微显OLEDos的片上电路设计 一种基于FX589的位同步提取电路设计 一种基于包络检测的ASK调制解调电路设计 一种基于单片机控制的逆变电源电路设计 一种基于单片机的PSD数据采集电路设计 一种基于单片机的节能断电保护电路设计 一种基于TM1638的智能仪表键盘显示电路设计 一种232转红外的电路设计 基于CPLD的面阵CCD驱动电路设计 基于HSI模型的全彩LED驱动电路设计 基于集成芯片的ABS驱动电路设计 基于CPLD的直流无刷电机驱动电路设计 一种车载IGBT驱动电源设计 常见问题解答 当前所在位置：

关键词：HCPL-316J；IGBT驱动电路；故障保护

引言

光耦驱动芯片HCPL-316J是Agilent公司[编者注：2014年8月更名为keysight（是德）公司]生产的栅极驱动电路产品之一，可用于驱动150A/1200V的IGBT，开关速度为0.5μs，有过流检测和欠电压封锁输出，当过电流发生时，能输出故障信号（供保护用），并使IGBT软关断。近年来，HCPL-316J的应用研究得到了重视，从目前公开发表的文献来看，研究主要侧重于输出电路部分，重点是过流软关断的原理、工作过程和实用电路设计，对故障信号反馈端和控制信号输入端的应用研究不多。在文献中均提到将故障信号反馈给主控芯片，但没有深入的研究如何充分利用该信号端提高驱动电路的整体性能。

光耦HCPL一316J的过流保护具有自锁功能，并可设定保护盲区，能有效防止IGBT在工作中瞬时过流而使保护误动作。当过流是由故障引起的，驱动电路将故障信号反馈给主控DSP，主控芯片接收到故障信号后，封锁系统中所有驱动芯片的控制信号，实现故障保护。但在实际应用过程中，某些系统的主控程序复杂，运行时间长，造成故障信号发出后，系统不能及时封锁所有IGBT的驱动电路，部分IGBT模块仍然强行工作，引发严重的后果。

本文针对上述问题设计了一种IGBT驱动电路，不仅具备可靠的过流软关断功能，而且故障保护响应及时，不受主控程序运行时间延滞的影响。

1 应用电路设计

【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

摘 要 近年来，以IGBT等全控器件为基础的轻型高压直流输电发展起来，随着行业的需求，人们对IGBT的功率也有了更高的要求。为此，人们选择的方式中，其中一种就是对功率等级较小的IGBT实行串并联，以符合大功率等级电路的要求。串联和并联各有特性和优缺点，本文将主要探讨两种电路的特性，并提出更好的设计方法。

【关键词】大功率IGBT 串联 并联

近年来，IGBT在电路中的应用越来越广，同时，诸如轨道交通等行业对兆瓦级大功率变流器的需求也增加，也就更需要大功率的IGBT。直接选用大功率等级的IGBT虽然满足要求，但会增加成本和驱动电路的复杂性，因此驱动电路简单而市场货源充足的串联或并联较小功率等级的IGBT的方法就受到了人们的青睐，有关人员对此实行了研究。

1 IGBT简介

传统的高压直流输电是以晶闸管作为换流阀，用相控换流器（PCC）技术为核心。但是，晶闸管具有单向导电性，导致PCC技术只能控制阀的开通，只有通过交流母线电压过零，把阀电流减小到阀的维持电流以下，才能实现阀的自然关断。IGBT就是在这种情况下发展而来的。

IGBT的全称是Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管。与传统晶闸管器件相比，它的开关损耗和驱动功率都比较小、通态压降也明显降低，但开关速度和输入阻抗则比较高，因此在高压固态开关、柔性直流输电等需要大功率的设备和场合更为适用。但这些大功率的设备同时也需要较高的电压，通常能达到数十甚至数百千伏，然而目前单个IGBT最高只能达到6.5千伏电压，因此急需提升容量的方法。研究人员要兼顾经济性和器件的可靠性，因此就需要对多只IGBT采取串联或并联的措施，以实现大功率的需要。

2 对大功率IGBT串联的研究

2.1 大功率IGBT串联及动态不均压原因的简述