利用2SD315AI設計的驅動(dòng)大功率IGBT原理

引言

IGBT常用的驅動(dòng)模塊有TLP250，以及EXB841/840系列的驅動(dòng)模塊。但在燃料電池城市客車(chē)DC/DC變換器的研制過(guò)程中發(fā)現，由于車(chē)載DC/DC變換器常常工作在大功率或超大功率的狀態(tài)中，而處在這種狀態(tài)下的IGBT瞬時(shí)驅動(dòng)電流大，要求可靠性要高，使得傳統的驅動(dòng)電路已經(jīng)不能滿(mǎn)足其使用要求，經(jīng)過(guò)研究分析，選用瑞士CONCEPT公司生產(chǎn)的用于驅動(dòng)和保護IGBT或功率MOSFET的專(zhuān)用集成驅動(dòng)模塊2SD315A作為大功率IGBT(800A/1200V)的驅動(dòng)器件，該驅動(dòng)器集成了智能驅動(dòng)、自檢、狀態(tài)反饋、DC/DC電源及控制部分與功率部分完全隔離等功能于一體。經(jīng)過(guò)車(chē)載90kW DC/DC變換器實(shí)際道路工況運行實(shí)驗表明，效果良好。

IGBT的驅動(dòng)要求

IGBT的驅動(dòng)要求與其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)，即柵極的正偏壓、負偏壓和柵極電阻的大小，對IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力、開(kāi)關(guān)管C、E極問(wèn)電壓的變換率等都有不同程度的影響。其開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。反之，加反向柵極電壓消除溝道，流過(guò)反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。根據這樣的特性，針對它的驅動(dòng)電路應該滿(mǎn)足：

·IGBT是電壓型驅動(dòng)，具有2.5～5V的閾值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此，IGBT對柵極電荷非常敏感，需要有一條低阻抗值的放電回路，即驅動(dòng)電路與IGBT的連線(xiàn)要盡量短。

·用內阻小的驅動(dòng)源對柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓Vge有足夠陡的前后沿，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開(kāi)通后，柵極驅動(dòng)源應能夠提供足夠的功率使IGBT
處于飽和狀態(tài)，否則IGBT容易遭到損壞。

·當驅動(dòng)電平+Vge增大時(shí)，IGBT通態(tài)壓降和開(kāi)關(guān)損耗均下降，但負載短路時(shí)的Ic增
大，IGBT能承受短路電流的時(shí)間減小，對其安全不利。

·在關(guān)斷過(guò)程中，為盡快抽取PNP管的存儲電荷，須施加一負偏Vge，但它受IGBT的G、
E間最大反向耐壓限制。

·IGBT的柵極驅動(dòng)電路應簡(jiǎn)單實(shí)用，最好自身帶有對IGBT的保護功能，有較強的抗干
擾能力。

·由于IGBT在電力電子設備中多用于高壓場(chǎng)合，故驅動(dòng)電路與控制電路在電位上應嚴
格隔離。

2SD315A驅動(dòng)模塊

2SD315A模塊能夠驅動(dòng)1200A/1200V的IGBT，DC的開(kāi)關(guān)頻率高于100kHz，可通過(guò)±15A的門(mén)極電流，實(shí)現0-100％的占空比調節。此外，具有完善的對于電源、電流的狀態(tài)監測從而實(shí)現對于模塊以及功率開(kāi)關(guān)管的保護；該驅動(dòng)模塊分為接口單元、電氣隔離、驅動(dòng)單元等幾個(gè)部分，每個(gè)驅動(dòng)通道都把控制回路和主功率回路進(jìn)行了電氣隔離，如圖1所示。