6種IGBT中的MOS器件隔離驅動(dòng)入門(mén)

由于不間斷電源的興起，IGBT技術(shù)得以飛速發(fā)展。IGBT的特點(diǎn)是具有電流拖尾效應，因此在關(guān)斷的瞬間對于抗干擾的性能要求非常嚴格，需要負壓驅動(dòng)進(jìn)行輔助。當MOSFET作用在電路中時(shí)，由于MOSFET速度比較快，因此關(guān)斷過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生負壓，但值得一提的是，在干擾較重的情況下，這一現象是有助于提高可靠性的。本文將針對IGBT以及MOSFET器件的隔離驅動(dòng)技術(shù)進(jìn)行大致的介紹，幫助大家理解。

MOSFET以及IGBT絕緣柵雙極性大功率管等器件的源極和柵極之間是絕緣的二氧化硅結構，直流電不能通過(guò)，因而低頻的表態(tài)驅動(dòng)功率接近于零。但是柵極和源極之間構成了一個(gè)柵極電容Cgs，因而在高頻率的交替開(kāi)通和需要關(guān)斷時(shí)需要一定的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)功率。小功率MOSFET的Cgs一般在10-100pF之內，對于大功率的絕緣柵功率器件，由于柵極電容Cgs較大。一般在1-100nF之間，因而需要較大的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)功率。更由于漏極到柵極的密勒電容Cdg，柵極驅動(dòng)功率往往是不可忽視的。

因IGBT具有電流拖尾效應，在關(guān)斷時(shí)要求更好的抗干擾性，需要負壓驅動(dòng)。MOSFET速度比較快，關(guān)斷時(shí)可以沒(méi)有負壓，但在干擾較重時(shí)，負壓關(guān)斷對于提高可靠性有很大好處。

隔離驅動(dòng)技術(shù)

為可靠驅動(dòng)絕緣柵器件，目前已有很多成熟電路。當驅動(dòng)信號與功率器件不需要隔離時(shí)，驅動(dòng)電路的設計是比較簡(jiǎn)單的，目前也有了許多優(yōu)秀的驅動(dòng)集成電路。

光電耦合器隔離的驅動(dòng)器

光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是體積小巧，缺點(diǎn)是反應較慢，因而具有較大的延遲時(shí)間(高速型光耦一般也大于300ns);光電耦合器的輸出級需要隔離的輔助電源供電。

無(wú)源變壓器驅動(dòng)

用脈沖變壓器隔離驅動(dòng)絕緣柵功率器件有三種方法：無(wú)源、有源和自給電源驅動(dòng)。無(wú)源方法就是用變壓器次級的輸出直流驅動(dòng)絕緣柵器件，這種方法很簡(jiǎn)單也不需要單獨的驅動(dòng)電源。缺點(diǎn)是輸出波型失真較大，因為絕緣柵功率器件的柵源電容Cgs一般較大。減小失真的辦法是將初級的輸入信號改為具有一定功率的大信號，相應脈沖變壓器也應取較大體積，但在大功率下，一般仍不令人滿(mǎn)意。另一缺點(diǎn)是當占空比變化較大時(shí)，輸出驅動(dòng)脈沖的正負幅值變化太大，可能導致工作不正常，因此只適用于占空比變化不大的場(chǎng)合。

有源變壓器驅動(dòng)

有源方法中的變壓器只提供隔離的信號，在次級另有整形放大電路來(lái)驅動(dòng)絕緣柵功率器件，當然驅動(dòng)波形較好，但是需要另外提供單獨的輔助電源供給放大器。而輔助電源如果處理不當，可能會(huì )引進(jìn)寄生的干擾。

調制型自給電源的變壓器隔離驅動(dòng)器

采用自給電源技術(shù)，只用一個(gè)變壓器，既省卻了輔助電源，又能得到較快的速度，當然是不錯的方法。目前自給電源的產(chǎn)生有調制和從分時(shí)兩種方法。

調制技術(shù)是比較經(jīng)典的方法，即對PWM驅動(dòng)信號進(jìn)行高頻(幾個(gè)MHZ以上)調制，并將調制信號加在隔離脈沖變壓器初級，在次級通過(guò)直接整流得到自給電源，而原PWM調制信號則需經(jīng)過(guò)解調取得，顯然，這種方法并不簡(jiǎn)單。調制式的另一缺點(diǎn)是PWM的解調要增加信號的延時(shí)，調制方式適于傳遞較低頻率的PWM信號。

分時(shí)型自給電源的變壓器隔離驅動(dòng)器

分時(shí)技術(shù)是一種較新的技術(shù)，其原理是，將信號和能量的傳送采取分別進(jìn)行的方法，即在變壓器輸入PWM信號的上升和下降沿傳遞信息，在輸入信號的平頂階段傳遞驅動(dòng)所需要的能量。由于在PWM信號的上升和下降沿只傳遞信號，基本沒(méi)有能量傳輸，因而輸出的PWM脈沖的延時(shí)和畸變都很小，能獲得陡峭的驅動(dòng)輸出脈沖。分時(shí)型自給電源驅動(dòng)器的不足是用于低頻時(shí)變壓器的體積較大，此外由于自給能量的限制，驅動(dòng)超過(guò)300A/1200V的IGBT比較困難。

可以看到以上這幾種不同的MOS器件的隔離驅動(dòng)在IGBT應用中都有著(zhù)不俗的表現，并且每種驅動(dòng)方式都能為設計者帶來(lái)不同的功能支持。當然，本文中的內容并不是全部，而只是對這些驅動(dòng)的初步介紹，為了讓大家對這些專(zhuān)業(yè)知識有初步的了解。