中心議題：

• IGBT驅動電路的工作原理分析
• IGBT驅動電路可能存在的問題分析
• IGBT驅動電路的電流尖峰抑製方案

解決方案：

• 在門極增加穩壓管、二極管
  、電容和電阻

根據脈衝滲碳電源要求，本文設計了一種具有高可靠性、信號傳輸無延遲
、驅動能力強等特點的IGBT強(qiang)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)

，詳(xiang)細(xi)分(fen)析(xi)了(le)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)，並(bing)對(dui)電(dian)路(lu)測(ce)試(shi)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)進(jin)行(xing)了(le)抑(yi)製(zhi)。在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)得(de)出(chu)幾(ji)個(ge)主(zhu)要(yao)影(ying)響(xiang)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)的(de)因(yin)素(su)。實(shi)際(ji)用(yong)於(yu)大(da)功(gong)率(lv)IGBTqiaodianluqudong，gongzuowendingkekao。jieguobiaoming
，suoshejidedianlujiegoujiandan，qudongnengliqiang
，kekaoxinggao，qieduiyongbianyaqiqudongdagonglvquanqiaodianluyoutongyongxing。

在脈衝電源中，驅動電路的好壞直接關係到逆變器能否正常工作。好的驅動電路首先要保證開關管安全，其次還要使開關管具有較小的損耗。這兩者之間又是矛盾的。因為由功率開關元件引起的損耗主要是開關損耗(開通損耗和關斷損耗)。開kai關guan損sun耗hao與yu驅qu動dong脈mai衝chong信xin號hao的de上shang升sheng沿yan陡dou度du和he下xia降jiang沿yan陡dou度du有you很hen大da關guan係xi。下xia降jiang沿yan和he上shang升sheng沿yan越yue陡dou，相xiang應ying的de開kai關guan損sun耗hao就jiu越yue小xiao，即ji電dian壓ya和he電dian流liu重zhong迭die的de時shi間jian越yue短duan。但dan是shi較jiao陡dou的de上shang升sheng沿yan和he下xia降jiang沿yan又you會hui產chan生sheng過guo大da衝chong擊ji電dian流liu和he電dian壓ya尖jian峰feng，威wei脅xie開kai關guan管guan的de安an全quan工gong作zuo。因yin此ci要yao實shi現xian電dian源yuan安an全quan且qie高gao效xiao率lv的de工gong作zuo
，就jiu要yao抑yi製zhi或huo吸xi收shou這zhe些xie電dian流liu和he電dian壓ya尖jian峰feng。這zhe裏li給gei出chu了le一yi種zhong變bian壓ya器qi驅qu動dong的de大da功gong率lvIGBT模塊電路，它既具有較強的驅動能力，又能很好地吸收電壓和電流尖峰。

1 驅動電路的分析及此種驅動電路存在問題

在中頻脈衝滲碳電源中，能快速進行過流保護是至關重要的
，而驅動脈衝無延遲地傳輸，對實時過流保護起至關重要作用；同時為了減少開關損耗，還要求很陡的驅動脈衝上升沿和下降沿
；一些特殊場合要求緊湊而簡潔、不附加驅動電源等。綜合考慮以上要求
，采用變壓器隔離全橋驅動電路
，其電路如圖1所示。

圖1中兩個橋臂各選用一個N-MOSFET和一個P-MOSFET。兩路PWM控製信號1或2為高電平時，即1為高電平，2為低電平
，Q1和Q4關斷
，Q2和Q3導通，Q5開通。此時，Q2，Q3和T1的原邊繞組就形成通路

，脈衝電壓加在T1的原邊，相應的次邊會得到驅動脈衝信號。1，2都為低電平時，Q1
，Q2會同時導通

，T1原邊被短路，則次邊無脈衝輸出。MOSFET具有開通電阻小
，響應快，能提供很大的瞬時開啟IGBT所需的電流，可以保證驅動脈衝有較陡的上升沿和下降沿。需要說明的是
，此滲碳脈衝電源的輸出脈衝控製芯片采用UC3825，屬於峰值電流控製型芯片，自身具有防偏磁的能力，無需加隔直電容來防止偏磁；相反，當加隔直電容時，出現兩路PWM控製信號不能同時關閉的問題，在去掉此隔直電容後，問題消失。因此
，在使用隔直電容防偏磁時，要注意所用芯片的控製模式。

上(shang)麵(mian)給(gei)出(chu)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)雖(sui)然(ran)解(jie)決(jue)了(le)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)無(wu)延(yan)時(shi)傳(chuan)輸(shu)和(he)提(ti)供(gong)了(le)有(you)較(jiao)陡(dou)上(shang)升(sheng)沿(yan)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)的(de)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)
，但(dan)又(you)出(chu)現(xian)了(le)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)有(you)過(guo)衝(chong)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)有(you)很(hen)大(da)的(de)關(guan)斷(duan)尖(jian)峰(feng)。上(shang)升(sheng)沿(yan)的(de)過(guo)衝(chong)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)漏(lou)感(gan)產(chan)生(sheng)的(de)，具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)及(ji)消(xiao)除(chu)此(ci)過(guo)衝(chong)的(de)方(fang)法(fa)已(yi)有(you)詳(xiang)盡(jin)討(tao)論(lun)。下(xia)降(jiang)沿(yan)的(de)關(guan)斷(duan)尖(jian)峰(feng)主(zhu)要(yao)是(shi)勵(li)磁(ci)電(dian)感(gan)產(chan)生(sheng)的(de)。一(yi)般(ban)減(jian)小(xiao)這(zhe)兩(liang)種(zhong)尖(jian)峰(feng)都(dou)是(shi)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia) Rg(門極電阻)來實現
，但是增大Rg會減緩驅動脈衝上升沿和下降沿的陡度，而增大開關損耗。
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此電路具體工作過程分析如下：圖2是一個脈衝周期
，當正脈衝上升沿(t0～t3)到來時(這裏隻考慮正脈衝)，電容C相當於短路
，通過二極管D和電容C可以給IGBT提供很大的瞬間電流，把驅動脈衝的上升時間縮短。圖2中正脈衝就是IGBT的de驅qu動dong信xin號hao
，這zhe個ge負fu脈mai衝chong的de上shang升sheng沿yan又you是shi由you另ling外wai一yi路lu驅qu動dong脈mai衝chong感gan應ying過guo來lai的de，所suo以yi所suo要yao討tao論lun的de就jiu是shi另ling一yi路lu驅qu動dong脈mai衝chong的de下xia降jiang沿yan尖jian峰feng，這zhe四si路lu輸shu出chu脈mai衝chong是shi一yi樣yang的de
，所suo以yi隻zhi要yao討tao論lun一yi路lu。但dan是shi為wei了le直zhi觀guan
、完整
，這裏就把它看作是本路負脈衝的上升沿來討論(下麵提到的負脈衝都是這種情況)。當然穩壓管這條支路也有電流流過，但是與加速電容C這條支路相比就很小。若不加電阻R，這個電容會經過幾個脈衝周期充滿電荷，而失去加速作用，所以要求電容C的電荷在每個周期上升沿到來時，電容上無存儲電荷。因此在電容上並聯一小阻值的電阻，給電容提供放電回路。在脈衝平頂期(t3～t4)時，IGBT的輸入門極電容已經充滿，門極保持高電平，此時IGBT的G-E之間相當於斷開，變壓器次邊保持高電平。當脈衝下降沿(t4～t9)到來時
，IGBT的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)在(zai)這(zhe)段(duan)時(shi)間(jian)反(fan)向(xiang)放(fang)電(dian)，需(xu)緩(huan)關(guan)，如(ru)果(guo)放(fang)電(dian)速(su)度(du)太(tai)快(kuai)會(hui)引(yin)起(qi)極(ji)大(da)的(de)關(guan)斷(duan)尖(jian)峰(feng)
，因(yin)此(ci)需(xu)阻(zu)斷(duan)通(tong)過(guo)加(jia)速(su)電(dian)容(rong)加(jia)速(su)放(fang)電(dian)
，故(gu)在(zai)加(jia)速(su)電(dian)容(rong)前(qian)麵(mian)串(chuan)聯(lian)一(yi)個(ge)快(kuai)恢(hui)複(fu)二(er)極(ji)管(guan)
，使(shi)其(qi)隻(zhi)通(tong)過(guo)穩(wen)壓(ya)管(guan)放(fang)電(dian)。穩(wen)壓(ya)管(guan)可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)地(di)吸(xi)收(shou)其(qi)尖(jian)峰(feng)，並(bing)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)其(qi)下(xia)降(jiang)沿(yan)的(de)陡(dou)度(du)。

改進電路部分所加器件可以看成一個可變電阻：這個電阻在脈衝上升沿開始到IGBT彌勒平台時(t0～t2)，電阻值是很小的，主要是充電電流從加速電容這條支路流過
，從而不斷加快對IGBT門極電容的充電。IGBT的de彌mi勒le平ping台tai這zhe段duan時shi間jian內nei
，隨sui著zhe電dian容rong上shang電dian壓ya升sheng高gao
，其qi充chong電dian電dian流liu速su率lv在zai逐zhu漸jian減jian小xiao
，到dao彌mi勒le平ping台tai結jie束shu時shi
，其qi充chong電dian電dian流liu速su率lv為wei零ling，充chong電dian電dian流liu達da到dao最zui大da。這zhe個ge可ke以yi從cong門men極ji電dian阻zu上shang電dian壓ya波bo形xing得de到dao證zheng實shi。在zai上shang升sheng沿yan結jie束shu(t3)時，充電電流減小到幾乎為零，從而不會出現過衝尖峰。在加速電容前加一個反向二極管阻斷其快速放電通道。圖3是原始的驅動波形圖；圖4為附加電路驅動波形；圖5為滿負載時驅動波形圖。

2 驅動電路改進方法分析

圖1中用框標出的電路就是對原有驅動電路的改進。通過在門極增加穩壓管、二極管、電容和電阻，可以較好地吸收上升沿
、下降沿和尖峰。

由圖3和圖4比較可以看出，在較小延時的情況下，應把尖峰減到最小。從圖3可以看出，要減小的尖峰主要是負脈衝後沿的過衝尖峰
，因為這個尖峰極有可能達到IGBT的開啟電壓(Vth)，這樣就會造成同一橋臂的兩個IGBT直通；同時由圖5可以看出
，在滿負載(600 V／30 A)狀態下
，驅動波形具有很好的穩定性，而且沒有大的尖峰，這就保證了IGBT穩定、安全的工作。

 驅動等效電路如圖6所示。其中
，Lm為變壓器次邊的勵磁電感；Z1為穩壓管(其反向相當於一個二極管
，所以圖中就用一個二極管來代替)；Rg為驅動電阻，Cgs為IGBT的柵極和源極之間電容；R1為線路等效電阻。由等效電路可知：

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R1實際值很小
，可以忽略。穩壓二極管並聯在D1，C1兩端，它的電壓是D1和C1兩端電壓之和。穩壓二極管是隨電流大小自動調整的“可變”電阻。通過改變電阻來控製上升沿和下降沿的速率，從而達到控製過衝尖峰的大小。實測Rg與驅動變壓器次邊反向波形如圖7所示。Rg上電壓波形即為勵磁電感上流過的電流波形。正脈衝下降沿的過衝尖峰由勵磁電感造成的：

由式(2)可以看出，在相同電流變化率情況下
，勵磁電感越小
，勵磁電感上的電壓尖峰也越小，相應的IGBT G-S之間電壓尖峰也越小；同時減小勵磁電感還可以減小漏感
，但是勵磁電感減小會造成脈衝平頂的斜率加大，所以要綜合考慮各種情況。

3 結語

tongguoduishangmiangaijindianludexiangxifenxizhidao，weixiekaiguanguananquandequdongmaichongguochongjianfengzhuyaoshiyoulicidianganjuedingde
，yincijinkenengjianxiaolicidianganshijianxiaoguochongjianfengdezuizhijiefangfa，tongshihaiyuwenyaguandexingnengyouhendaguanxi。maichongqianyanshangshenglvzhuyaoyoujiasudianrongjueding
，dianrongguoxiao，huichuxianqudongmaichongqianyanguohuan，guodahuiyoujianfeng
，suoyiyaoquheshidejiasudianrong。dianrongdedaxiaoyibantongguoduocishiyanlaiqueding。zhegedianrongdaxiaodexuanzejiyaokaolvshimaichongshangshengyanjiaodou，youbuchuxianjianfeng。

此驅動電路已在中頻脈衝滲碳電源中應用，配合器件過流過壓保護電路
，能較好地滿足200 A／1 200 VIGBT模塊的驅動要求。同時對驅動大功率的MOSFET等場驅動開關管都有很好的借鑒作用。