IGBT強驅動(dòng)電路的設計

摘要：根據脈沖滲碳電源要求，設計一種具有高可靠性、信號傳輸無(wú)延遲、驅動(dòng)能力強等特點(diǎn)的IGBT強驅動(dòng)電路，詳細分析了工作原理，并對電路測試中出現的電流尖峰進(jìn)行了抑制。在此基礎上得出幾個(gè)主要影響驅動(dòng)電路的因素。實(shí)際用于大功率IGBT橋電路驅動(dòng)，工作穩定可靠。結果表明，所設計的電路結構簡(jiǎn)單，驅動(dòng)能力強，可靠性高，且對用變壓器驅動(dòng)大功率全橋電路有通用性。
關(guān)鍵詞：變壓器隔離；驅動(dòng)電路；IGBT橋；尖峰抑制

在脈沖電源中，驅動(dòng)電路的好壞直接關(guān)系到逆變器能否正常工作。好的驅動(dòng)電路首先要保證開(kāi)關(guān)管安全，其次還要使開(kāi)關(guān)管具有較小的損耗。這兩者之間又是矛盾的。因為由功率開(kāi)關(guān)元件引起的損耗主要是開(kāi)關(guān)損耗(開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗)。開(kāi)關(guān)損耗與驅動(dòng)脈沖信號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，相應的開(kāi)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(guò)大沖擊電流和電壓尖峰，威脅開(kāi)關(guān)管的安全工作。因此要實(shí)現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動(dòng)的大功率IGBT模塊電路，它既具有較強的驅動(dòng)能力，又能很好地吸收電壓和電流尖峰。

1 驅動(dòng)電路的分析及此種驅動(dòng)電路存在問(wèn)題
在中頻脈沖滲碳電源中，能快速進(jìn)行過(guò)流保護是至關(guān)重要的，而驅動(dòng)脈沖無(wú)延遲地傳輸，對實(shí)時(shí)過(guò)流保護起至關(guān)重要作用；同時(shí)為了減少開(kāi)關(guān)損耗，還要求很陡的驅動(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、不附加驅動(dòng)電源等。綜合考慮以上要求，采用變壓器隔離全橋驅動(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導通，Q5開(kāi)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，相應的次邊會(huì )得到驅動(dòng)脈沖信號。1，2都為低電平時(shí)，Q1，Q2會(huì )同時(shí)導通，T1原邊被短路，則次邊無(wú)脈沖輸出。MOSFET具有開(kāi)通電阻小，響應快，能提供很大的瞬時(shí)開(kāi)啟IGBT所需的電流，可以保證驅動(dòng)脈沖有較陡的上升沿和下降沿。需要說(shuō)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(wú)需加隔直電容來(lái)防止偏磁；相反，當加隔直電容時(shí)，出現兩路PWM控制信號不能同時(shí)關(guān)閉的問(wèn)題，在去掉此隔直電容后，問(wèn)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。