IGBT實(shí)用的驅(qū)動(dòng)電路及細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

1.IGBT的模型

　　IGBT的模型在教科書上能找到，其柵極G，相當(dāng)于一個(gè)數(shù)納法(nF)的小電容(暫時(shí)這樣認(rèn)為)，這與MOS管類似;其集電極C和發(fā)射極E又類似于一只三極管的C、E極。因此，它結(jié)合了MOS管和三極管的特點(diǎn)：

　　(1)柵極的絕緣電阻無窮大，只要向柵極充入一定的正電荷，使得柵極電壓大于導(dǎo)通電壓，管子就會(huì)導(dǎo)通，并且導(dǎo)通程度深，線性范圍很窄。這一點(diǎn)類似于MOS管。

　　(2)由于柵極的絕緣電阻無窮大，因此電荷能夠一直保存，即開通后可以一直開通。而且當(dāng)柵極開路時(shí)，也常會(huì)處于開通狀態(tài)。正因?yàn)檫@個(gè)特性，驅(qū)動(dòng)IGBT的電路不需要提供很大的持續(xù)電流。但這容易引起誤導(dǎo)通，為了防止誤導(dǎo)通，柵極G和發(fā)射極E之間必須跨接一只電阻。不少第一次接觸MOS管和IGBT的朋友就是因?yàn)闆]有跨接此電阻而燒了管子?？缃与娮枰话銥?0k歐/0.25W。

　　(3)柵極電容的耐壓是有一點(diǎn)限度的，一般是±20V，當(dāng)超過此限度，可能會(huì)燒壞。因此，柵極要加一對穩(wěn)壓二極管，用于吸收過高的電壓。穩(wěn)壓二極管一般頭對頭串聯(lián)，每只是18V/1W，限制的電壓范圍是±18.7V左右。

　　(4)輸出極C和E特性類似于三極管，因此具有一定的導(dǎo)通壓降，而不是像MOS管那樣用導(dǎo)通電阻來衡量。導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通飽和度有關(guān)，導(dǎo)通飽和度受到柵極電壓的影響，因此柵極電壓不應(yīng)太低，雖然IGBT在7V就完全能導(dǎo)通，但標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓是15V。

　　(5)為了保證柵極驅(qū)動(dòng)不誤動(dòng)作，一般關(guān)閉時(shí)要讓柵極帶有一定的負(fù)電壓。通常對于小功率IGBT，負(fù)電壓應(yīng)在-8V左右。因此，通常IGBT的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓為-8V、+15V。實(shí)際使用時(shí)，如果采用光耦，例如A3120，其正壓降約為2.5V，負(fù)壓降幾乎為零，因此，為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓，光耦前端的供電電壓應(yīng)為-8V、+17.5V。

　　(6)IGBT的柵極電容是非線性的，在導(dǎo)通電壓和關(guān)斷電壓附近，其柵極電容相當(dāng)于突然增大數(shù)倍，需要充入或者吸出較多電荷，因此，驅(qū)動(dòng)電路的作用主要體現(xiàn)在導(dǎo)通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，此時(shí)要提供較多電荷，具有較大的驅(qū)動(dòng)電流，故驅(qū)動(dòng)電路的主要電流是瞬時(shí)電流，頻率很高，這就要求驅(qū)動(dòng)電路的供電具有極小的高頻內(nèi)阻。一般要并聯(lián)較大容量的獨(dú)石電容來提供這些電流。

　　2. IGBT的基本驅(qū)動(dòng)電路

　　(1)供電采用隔離變壓器，最好采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，上下橋嚴(yán)格隔離，安全間距1mm/100V，即對于380V系統(tǒng)要用4mm安全間距。

　　(2)供電電壓：+17.5V，-8V，GND。其中GND接IGBT的E極。+17.5V和-8V接光耦的8、5腳。

　　(3)瞬時(shí)電流提供：供電電源上并接1uF/50V獨(dú)石電容若干個(gè)。

　　(4)柵極驅(qū)動(dòng)電阻Rg，采用IGBT資料的推薦值至推薦值的3倍之間。

　　(5)柵極放電電阻，10k歐;柵極保護(hù)穩(wěn)壓二極管：18V/1W，頭對頭串聯(lián)。