大功率電源中IGBT電壓與驅(qū)動(dòng)能力是什么關(guān)系?

IGBT作為電壓控制型開關(guān)器件，IGBT的開關(guān)由柵極的電壓控制。大家都知道柵極電壓升高，IGBT導(dǎo)通，柵極電壓低，IGBT關(guān)斷。但是使用的時(shí)候還是很容易忽略柵極導(dǎo)通電壓的高低對IGBT導(dǎo)通特性的影響。

IGBT和MOS管一樣，N溝道IGBT的導(dǎo)通依靠柵極吸引P型半導(dǎo)體的電子形成N溝道達(dá)到導(dǎo)通的效果，只是IGBT把這個(gè)導(dǎo)通效果進(jìn)行了放大以達(dá)到大電流開關(guān)的目的。也就是說只要柵極的電壓越高，N溝道的電子也就越多，IGBT的通流能力越大。作為典型的大功率開關(guān)器件，為了提高電流控制能力，IGBT要求導(dǎo)通的時(shí)候柵極電壓越大越好。但是由于工藝的限制，一般的IGBT柵極耐壓只能做到20V。為了驅(qū)動(dòng)的安全，大部分的IGBT廠家將IGBT的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)通電壓設(shè)定為了15V。

設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)器的時(shí)候，要有一個(gè)提供驅(qū)動(dòng)能量的隔離電源。電源的一般特性為，當(dāng)輸出電流提高時(shí)，由于線路阻抗的影響，負(fù)載端的實(shí)際接收電壓就會(huì)降低。也就是說，同樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，如果驅(qū)動(dòng)一個(gè)50A的IGBT時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓是15V，那么同樣頻率下驅(qū)動(dòng)一個(gè)200A的IGBT時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓就可能只有13V。而IGBT在13V的驅(qū)動(dòng)電壓下顯然不能有效控制200A的電流，可能只能正常控制150A的電流。這時(shí)就會(huì)感覺到這個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力不足了。因此，限制一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力的因素大部分時(shí)候不是由于驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流不足，而是驅(qū)動(dòng)電源的電壓下降導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電壓不足。

還有一種情況就是，現(xiàn)有的隔離電源正電壓一般采用標(biāo)準(zhǔn)電壓15V輸出。后端加了驅(qū)動(dòng)電路后，由于驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)管的壓降，驅(qū)動(dòng)器本身的輸出電壓就會(huì)比供電電源電壓低。這時(shí)就會(huì)進(jìn)一步加劇驅(qū)動(dòng)能力不足的現(xiàn)象。

為了充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力，一般在設(shè)備調(diào)試的時(shí)候，要讓IGBT驅(qū)動(dòng)器的滿載驅(qū)動(dòng)電壓控制在15V左右。實(shí)現(xiàn)的方法為給驅(qū)動(dòng)電路一個(gè)可以調(diào)節(jié)輸出電壓的電源。

大功率開關(guān)電路多為三相全橋電路，一般100A的IGBT驅(qū)動(dòng)電源輸入功率不會(huì)超過3W，那么三相六個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)功率就不超過18W。由于每個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)電源的功率很小，并且存在很強(qiáng)的共模干擾，因此不允許使用穩(wěn)壓電源。這時(shí)可以用一個(gè)VRB2415LD-20WR2給六個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電源統(tǒng)一供電。這樣既保證了電源總線電壓的波動(dòng)不會(huì)影響IGBT驅(qū)動(dòng)電源的供電，同時(shí)使用VRB2415LD-20WR2的Trim腳可以對輸出電壓進(jìn)行微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)IGBT驅(qū)動(dòng)電壓的最終調(diào)整。

這里需要注意的是，選用的IGBT隔離驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)當(dāng)有輸出電壓可以跟隨輸入電壓變化的特性，比如QA電源系列的QA01配合VRB2415LD-20WR2給IGBT驅(qū)動(dòng)器供電時(shí)就可以很好的調(diào)整驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓。

以上的內(nèi)容，就是IGBT電壓與驅(qū)動(dòng)能力的關(guān)系，以及對應(yīng)的調(diào)節(jié)方法。文中介紹的這套方法主要是針對大功率電源的，在有IGBT參與的大功率電源設(shè)計(jì)中，大家可以留意一下在驅(qū)動(dòng)方面的調(diào)節(jié)方法。希望大家在閱讀過本文之后能夠有所收獲。