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IGBT實用的驅動電路及細節設計
摘要: IGBT的模型在教科書上能找到,其柵極G,相當于一個數納法(nF)的小電容(暫時這樣認為),這與MOS管類似;其集電極C和發射極E又類似于一只三極管的C、E極。因此,它結合了MOS管和三極管的特點。
Abstract:
Key words :

 

1.IGBT的模型

  IGBT的模型在教科書上能找到,其柵極G,相當于一個數納法(nF)的小電容(暫時這樣認為),這與MOS管類似;其集電極C和發射極E又類似于一只三極管的C、E極。因此,它結合了MOS管和三極管的特點:

  (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通電壓,管子就會導通,并且導通程度深,線性范圍很窄。這一點類似于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。而且當柵極開路時,也常會處于開通狀態。正因為這個特性,驅動IGBT的電路不需要提供很大的持續電流。但這容易引起誤導通,為了防止誤導通,柵極G和發射極E之間必須跨接一只電阻。不少第一次接觸MOS管和IGBT的朋友就是因為沒有跨接此電阻而燒了管子。跨接電阻一般為10k歐/0.25W。

  (3)柵極電容的耐壓是有一點限度的,一般是±20V,當超過此限度,可能會燒壞。因此,柵極要加一對穩壓二極管,用于吸收過高的電壓。穩壓二極管一般頭對頭串聯,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,因此具有一定的導通壓降,而不是像MOS管那樣用導通電阻來衡量。導通壓降與導通飽和度有關,導通飽和度受到柵極電壓的影響,因此柵極電壓不應太低,雖然IGBT在7V就完全能導通,但標準的柵極驅動電壓是15V。

  (5)為了保證柵極驅動不誤動作,一般關閉時要讓柵極帶有一定的負電壓。通常對于小功率IGBT,負電壓應在-8V左右。因此,通常IGBT的標準驅動電壓為-8V、+15V。實際使用時,如果采用光耦,例如A3120,其正壓降約為2.5V,負壓降幾乎為零,因此,為了達到標準驅動電壓,光耦前端的供電電壓應為-8V、+17.5V。

  (6)IGBT的柵極電容是非線性的,在導通電壓和關斷電壓附近,其柵極電容相當于突然增大數倍,需要充入或者吸出較多電荷,因此,驅動電路的作用主要體現在導通和關斷的轉折點上,此時要提供較多電荷,具有較大的驅動電流,故驅動電路的主要電流是瞬時電流,頻率很高,這就要求驅動電路的供電具有極小的高頻內阻。一般要并聯較大容量的獨石電容來提供這些電流。

  2. IGBT的基本驅動電路

  (1)供電采用隔離變壓器,最好采用開關穩壓電源,上下橋嚴格隔離,安全間距1mm/100V,即對于380V系統要用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)瞬時電流提供:供電電源上并接1uF/50V獨石電容若干個。

  (4)柵極驅動電阻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;柵極保護穩壓二極管:18V/1W,頭對頭串聯。

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