IGBT強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

摘要：根據(jù)脈沖滲碳電源要求，設(shè)計(jì)一種具有高可靠性、信號(hào)傳輸無延遲、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)的IGBT強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電路，詳細(xì)分析了工作原理，并對(duì)電路測(cè)試中出現(xiàn)的電流尖峰進(jìn)行了抑制。在此基礎(chǔ)上得出幾個(gè)主要影響驅(qū)動(dòng)電路的因素。實(shí)際用于大功率IGBT橋電路驅(qū)動(dòng)，工作穩(wěn)定可靠。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可靠性高，且對(duì)用變壓器驅(qū)動(dòng)大功率全橋電路有通用性。
關(guān)鍵詞：變壓器隔離；驅(qū)動(dòng)電路；IGBT橋；尖峰抑制

在脈沖電源中，驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接關(guān)系到逆變器能否正常工作。好的驅(qū)動(dòng)電路首先要保證開關(guān)管安全，其次還要使開關(guān)管具有較小的損耗。這兩者之間又是矛盾的。因?yàn)橛晒β书_關(guān)元件引起的損耗主要是開關(guān)損耗(開通損耗和關(guān)斷損耗)。開關(guān)損耗與驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的上升沿陡度和下降沿陡度有很大關(guān)系。下降沿和上升沿越陡，相應(yīng)的開關(guān)損耗就越小，即電壓和電流重迭的時(shí)間越短。但是較陡的上升沿和下降沿又會(huì)產(chǎn)生過大沖擊電流和電壓尖峰，威脅開關(guān)管的安全工作。因此要實(shí)現(xiàn)電源安全且高效率的工作，就要抑制或吸收這些電流和電壓尖峰。這里給出了一種變壓器驅(qū)動(dòng)的大功率IGBT模塊電路，它既具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，又能很好地吸收電壓和電流尖峰。

1 驅(qū)動(dòng)電路的分析及此種驅(qū)動(dòng)電路存在問題
在中頻脈沖滲碳電源中，能快速進(jìn)行過流保護(hù)是至關(guān)重要的，而驅(qū)動(dòng)脈沖無延遲地傳輸，對(duì)實(shí)時(shí)過流保護(hù)起至關(guān)重要作用；同時(shí)為了減少開關(guān)損耗，還要求很陡的驅(qū)動(dòng)脈沖上升沿和下降沿；一些特殊場(chǎng)合要求緊湊而簡(jiǎn)潔、不附加驅(qū)動(dòng)電源等。綜合考慮以上要求，采用變壓器隔離全橋驅(qū)動(dòng)電路，其電路如圖1所示。


圖1中兩個(gè)橋臂各選用一個(gè)N-MOSFET和一個(gè)P-MOSFET。兩路PWM控制信號(hào)1或2為高電平時(shí)，即1為高電平，2為低電平，Q1和Q4關(guān)斷，Q2和Q3導(dǎo)通，Q5開通。此時(shí)，Q2，Q3和T1的原邊繞組就形成通路，脈沖電壓加在T1的原邊，相應(yīng)的次邊會(huì)得到驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。1，2都為低電平時(shí)，Q1，Q2會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，T1原邊被短路，則次邊無脈沖輸出。MOSFET具有開通電阻小，響應(yīng)快，能提供很大的瞬時(shí)開啟IGBT所需的電流，可以保證驅(qū)動(dòng)脈沖有較陡的上升沿和下降沿。需要說明的是，此滲碳脈沖電源的輸出脈沖控制芯片采用UC3825，屬于峰值電流控制型芯片，自身具有防偏磁的能力，無需加隔直電容來防止偏磁；相反，當(dāng)加隔直電容時(shí)，出現(xiàn)兩路PWM控制信號(hào)不能同時(shí)關(guān)閉的問題，在去掉此隔直電容后，問題消失。因此，在使用隔直電容防偏磁時(shí)，要注意所用芯片的控制模式。