IGBT门极驱动设计规范新
IGBT门极驱动设计规范要求
大功率IGBT驱动
采用隔离变压器的IGBT驱动 采用Vce饱和压降进行过流检测和管理的IGBT驱动系统，包括软关断动作， 以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断。
Norbert Pluschke1001
5
如何安全地使用IGBT 如何安全地使用
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
GND
Norbert Pluschke1001
22
HCPL-316J – 采用光藕的 采用光藕的IGBT驱动器 驱动器
隔离
Norbert Pluschke1001
23
低成本IGBT驱动电路 驱动电路 低成本
Norbert Pluschke1001
24
TD350 – 采用外部光藕的 采用外部光藕的IGBT驱动电路 驱动电路
Norbert Pluschke1001
10
计算峰值门极电流
计算在最小的门极电阻情况下的峰值驱动电流 E.g. RG.on = RG.off = 2Ω Ig.puls ≈ ∆V / RG + Rint = 23V / (2Ω + 2Ω) = 5.75 A
Chip resistance (data sheet)
26
无变压器的由贴片元件组成的IGBT驱动电路 驱动电路(page 24) 无变压器的由贴片元件组成的 驱动电路
Vce 压降检测的二极管在主功率板上 变压器和电源都在主板上 一个逆变器需要6个驱动电路
Norbert Pluschke1001
27
在IGBT进行关断动作时是否有过压 进行关断动作时是否有过压
15
⇒ QG = 2230 nC
-8
2230 nC
浅析IGBT门级驱动精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版浅析IGBT门级驱动绝缘栅双极晶体管IGBT是第三代电力电子器件，安全工作，它集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-40 kHz)的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。
广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中。
IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术,故作为重点介绍给同学们。
1 IGBT门极驱动要求1.1 栅极驱动电压因IGBT栅极-发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行驱动，但IGBT 的输入电容较MOSFET大，所以IGBT的驱动偏压应比MOSFET驱动所需偏压强。
图1是一个典型的例子。
在+20℃情况下，实测60 A，1200 V以下的IGBT开通电压阀值为5～6 V，在实际使用时，为获得最小导通压降，应选取Uge≥(1.5～3)Uge(th)，当Uge增加时，导通时集射电压Uce将减小，开通损耗随之减小，但在负载短路过程中Uge增加，集电极电流Ic也将随之增加，使得IGBT能承受短路损坏的脉宽变窄，因此Uge选择不应太大，这足以使IGBT完全饱和，同时也限制了短路电流及其所带来的应力(在具有短路工作过程的设备中，如在电机中使用IGBT时，+Uge在满足要求的情况下尽量选取最小值，以提高其耐短路能力)。
1.2 对电源的要求对于全桥或半桥电路来说，上下管的驱动电源要相互隔离，由于IGBT是电压控制器件，所需要的驱动功率很小，主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电，要求能提供较大的瞬时电流，要使IGBT迅速关断，应尽量减小电源的内阻，并且为防止IGBT关断时产生的du/dt误使IGBT导通，应加上一个-5 V 的关栅电压，以确保其完全可靠的关断(过大的反向电压会造成IGBT栅射反向击穿，一般为-2～-10 V之间)。
1.3 对驱动波形的要求从减小损耗角度讲，门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽量陡峭，前沿很陡的门极电压使IGBT快速开通，达到饱和的时间很短，因此可以降低开通损耗，同理，在IGBT关断时，陡峭的下降沿可以缩短关断时间，从而减小了关断损耗，发热量降低。
IGBT的短路特性及驱动设计
IGBT电流的限制电路一．功率晶体管被应用于电力设备来控制电能的转换，用它来作为一种开关，在特定的时刻进行开和关，IGBT的型号由系统的设计者选择，既要考虑正常的工作条件，又要考虑非正常的工作情况，在非正常工作情况下。
IGBT可能承受非常大的浪涌电流，电流的大小经常只能靠IGBT 的自身增益进行限制，在应用上希望器件效率高、承受短路电流的时间长。
由于器件固有的特点，不能够同时追求高效和长的短路时间，因此器件设计上只能在两者间进行折中考虑。
在应用上，短路是不可避免的，电路设计上应设法提高IGBT的工作效率，提高IGBT承受短路电流的能力。
在发生短路时，关断栅极驱动信号。
IGBT的增益高，短路电流越大，但短路时间就短。
相反IGBT的增益低，短路电流的越小，短路时间就越长。
一般短路时间不应超过10us。
在应用上一般通过检测故障电流，当检测到故障电流后，降低栅极驱动电压，限制短路电流，延长短路时间。
IGBT的短路电流具有下面几种效应1．短路电流热效应：如器件受到短路电流冲击，大电流产生的功率损耗将使温度急剧上升，由于芯片的热时间常数小，温度在芯片上的增加速度非常快，当温度增加到芯片的本征温度250°时，器件将失去阻断能力，因此门极不可能控制器件的通断。
通过降低器件的短路电流，减小了短路电流在芯片上的功耗，因而延长了短路电流时间。
2.锁住效应由于四层结构的IGBT有着类似于晶闸管的特性。
在工艺上。
为了防止晶闸管效应一般通过降低等效晶体管的增益和减小等效NPN晶体管的基极电阻rb。
当IGBT在故障关断情况下，由于MOSFET通道的作用，大部分电流通过rb被分流。
此时rb上的压降将使NPN晶体管的基极-发射极处于正向偏置，使晶体管导通从而引起寄生晶闸管工作，产生锁住效应。
在电路设计上，减小故障电流，使故障电流在rb上的压降减小，从而避免晶闸管的锁住效应。
3．过压效应当产生故障电流时，切断故障电流的电流下降率在电感上产生的电压为Ldi/dt。
IGBT 系统设计全攻略【详细】
IGBT 系统设计全攻略【详细】----摘自中华电源网详解IGBT系统[图文]IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内。
理想等效电路与实际等效电路如图所示：IGBT 的静态特性一般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。
动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：IGBT的开通过程IGBT 在开通过程中，分为几段时间1.与MOSFET类似的开通过程，也是分为三段的充电时间2.只是在漏源DS电压下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和过程中增加了一段延迟时间。
在上面的表格中，定义了了：开通时间Ton，上升时间Tr和Tr.i除了这两个时间以外，还有一个时间为开通延迟时间td.on:td.on=Ton-Tr.iIGBT在关断过程IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。
功率器件在绿色节能设计中的应用【IGBT、MOSFET】功率器件是功率电子技术的核心器件，特别是IGBT模块和MOSFET器件被广泛应用于工业设备、汽车电子、家电等领域，为这些领域的节能提供了帮助。
在世界都需要节能的情况下，功率器件的重要性将日益提高，发展前景将更加光明。
本专题为你呈现功率器件的最新资讯及其主要应用领域中的节能设计方案。
关于IGBT保护电路设计必知问题摘要：全面论述了IGBT的过流保护、过压保护与过热保护的有关问题，并从实际应用中总结出各种保护方法，这些方法实用性强，保护效果好。
1 引言IGBT（绝缘栅双极性晶体管）是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，因而广泛应用在变频器的逆变电路中。
IGBT门极驱动设计规范
IGBT门极驱动设计规范IGBT门极驱动设计规范是针对IGBT（绝缘栅双极型晶体管）门极驱动电路设计的一系列准则和规范。
IGBT门极驱动电路的设计对于系统的稳定性、可靠性和性能表现起着至关重要的作用。
本文将介绍IGBT门极驱动设计的一些基本规范。
首先，IGBT门极驱动设计应遵循电气安全规范。
设计师应根据相关标准和市场要求，确保IGBT门极驱动电路的安全性，包括采用合适的绝缘方式、阻隔和耐压设计等。
其次，IGBT门极驱动设计应遵循电磁兼容规范。
设计中应考虑电磁干扰和抗干扰性能，采用合适的滤波和屏蔽措施，以防止电磁辐射和电磁感应对其他电子设备造成干扰。
接下来，IGBT门极驱动设计应考虑系统的温度特性。
设计师应合理选择IGBT门极驱动电路的散热方案，并根据实际应用环境和工作条件，确定合适的工作温度范围和温度保护机制。
此外，IGBT门极驱动设计应考虑系统的响应速度和稳定性。
设计师应根据IGBT的特性，选取合适的驱动电路和元件，以确保系统的响应速度和稳定性都能满足要求。
此外，还应考虑到IGBT的过渡特性，以便在切换过程中防止开关损耗和电磁噪声。
此外，IGBT门极驱动设计应充分考虑系统的可靠性。
设计师应遵循可靠性设计原则，包括采用适当的元件和材料、合理布局和连接、考虑温度和湿度等因素，并进行必要的寿命和可靠性验证测试。
最后，IGBT门极驱动设计应兼顾成本和性能。
设计师应在满足性能要求的前提下，合理选择元件和材料，并进行成本效益分析，确保设计的经济性和可行性。
总之，IGBT门极驱动设计规范是根据电气安全、电磁兼容、温度特性、响应速度、稳定性、可靠性等方面的要求，对IGBT门极驱动电路的设计进行规范化的准则。
遵循这些规范，可以确保IGBT门极驱动电路的可靠性、稳定性和性能表现，提高系统的工作效率和寿命。
IGBT门极驱动设计规范新
如何安全地使用IGBT
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
门极电阻的阻值不能小于 “测试过的门极驱动电阻” 这个 模块为 2 Ohm
Norbert Pluschke1001
7
如何选择正确的门极驱动电阻?
195A – max reverse recovery current
Norbert Pluschke1001
漏感造成的过压
t
v Co
L =− s
d × id C
Ev ,e
t r
t
r
a
s
y
h
o
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o
软关断
当软关断时,必须外接一个短路电阻去和门极关断电阻串联
软关断 VGG-
RG on
RG off
软关断策略可以降低电压尖峰
RG off,
SC
vCE(t), iC(t) VCC IO
0 t
Norbert Pluschke1001
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IGBT Driver Design Rules
采用合适的开通和关断电阻
考虑过压和反向恢复电流
IGBT门极和发射极的保护措施
必须进行防静电处理 电路的保护措施
门极和发射极间的电阻– 4.7kOhm to 10kOhm 双向稳压二极管(16.8V – 17.5V) GE间加入小电容去掉振荡
Rg = 2 Ohm
两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻
Ron = 2 Ohm Roff = 5 Ohm (降低过压尖峰)
开通电阻太小
避免出现振荡
Norbert Pluschke1001
8
确定IGBT的门极充电参数
IGBT驱动条件
IGBT驱动条件2011.7.21由于IGBT的主要特性是随V GE和R G变化的。
门极电路的正偏压V GE、负偏压-V GE和门极电阻R G的大小，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及d V/dt电流等参数有不同程度的影响。
下表主要是IGBT的驱动条件和主要特性的关系。
1.1 门极正偏压电压：+V GE（导通期间）门极正偏压电压+V GE的推荐值为+15V，下面说明+V GE设计时应注意的事项。
(1) 请将+V GE设计在G-E 间最大额定电压V GES=±20V max. 的范围内。
(2) 电源电压的变动推荐在±10% 范围内。
(3) 导通期间的C-E 间饱和电压（V CE (sat)）随+V GE变化，+V GE越高饱和电压越低。
(4) +V GE越高，开通交换时的时间和损耗越小。
(5) +V GE越高，开通时（FWD 反向恢复时）对支路越容易产生浪涌电压。
(6) 即使是在IGBT断开的时间段内，由于FWD 的反向恢复时的dv/dt 会发生误动作，形成脉冲状的集电极电流，从而产生不必要的发热。
这种现象被称为dv/dt 误触发，+V GE越高越容易发生。
(7) +V GE越高，短路电流值越高。
(8) +V GE越高，短路最大耐受量越小。
1.2门极反偏压电压：-V GE（阻断期间）门极反偏压电压-V GE的推荐值为-5V到-15V。
下面说明-V GE设计时应注意的事项。
(1) 请将V GE设计在G-E 间最大额定电压V GES=±20V max. 的范围内。
(2) 电源电压的变动推荐在±10% 范围内。
(3) IGB的关断特性依存于-V GE，特别是集电极电流开始关断部分的特性在很大程度上依存于–V GE。
因此，-V GE越大，关断交换时的时间和损耗越小。
(4) dv/dt 误触发在-V GE小的情况下也有发生，所以至少要设定在-5V 以上。
一种灵活可靠的IGBT驱动电路设计
电气传动2024年第54卷第1期ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.1摘要：在当今减碳排放背景下，全控型功率器件IGBT 以优异的性能广泛用于各种变流器中，有效可靠的驱动电路对IGBT 的安全工作至关重要，特别是大功率应用场合。
针对大功率IGBT 应用中对驱动电路灵活可靠的要求，设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACPL -332J 的IGBT 驱动保护电路，分析了ACPL -332J 的各项参数，并以ACPL -332J 为核心设计了驱动电路。
以英飞凌FF600R12ME4为应用IGBT ，通过双脉冲试验、短路试验验证了设计电路驱动及保护的有效性。
关键词：智能集成光耦驱动器ACPL -332J ；光耦驱动器；驱动保护电路；灵活可靠中图分类号：TM46文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd25239A Design of Flexible and Reliable IGBT Driver CircuitHAN Song 1，2，YU Zhiqiang 1，2，WANG Mingyue 1，2，YU Hongze 1，2，JIA Pengfei 1，2（1.Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ；2.National Engineering Research Center for Electrical Transmission ，Tianjin 300180，China ）Abstract:Under the background of carbon emission reduction ，fully controlled power device IGBT is widely used in various of converters with its excellent performance ，effective and reliable drive circuit is crucial to the safe operation of IGBT ，especially for high-power applications.Aiming at the requirement of flexible and reliable of IGBT drive circuit in high-power applications ，an IGBT drive and protection circuit based on intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J was designed ，the parameters of ACPL-332J were analyzed ，and the driving circuit was designed with ACPL-332J as the core.With Infineon FF600R12ME4as the application IGBT ，the effectiveness of the designed drive and protect circuit was verified by double pulse test and short circuit test.Key words:intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J ；optocoupler driver ；drive and protect circuit ；flexible and reliable基金项目：天津电气科学研究院有限公司科研基金（YF2023ZL009）作者简介：韩松（1988—），男，硕士研究生，工程师，Email ：一种灵活可靠的IGBT 驱动电路设计韩松1，2，于志强1，2，王明玥1，2，于洪泽1，2，贾鹏飞1，2（1.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；2.电气传动国家工程研究中心，天津300180）在节能减排的时代背景下，随着绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）的制造和应用技术日趋成熟，IGBT 以易于驱动、耐受电应力、热应力高的特点，被广泛应用于中高功率、中低频率变流器中[1]。
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驱动电路设计的好坏可以影响整个装置的稳定和可靠性。
Norbert Pluschke1001
4
我们应该使用什么样的驱动
小功率的IGBT驱动
220V AC - - - -自举IGBT驱动, 高频脉冲变压器, 直流电压驱动 400V AC - - - - 采用简单光藕的新型自举IGBT驱动器
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电气隔离的要求
为了保护弱电控制系统 远离高压，电气隔离是 必须的。
Signal processing
隔离可以通过以下方式 实现 -光藕 -脉冲变压器
小功率逆变器采用自举 驱动电路时，必须把控 制板的地和功率地隔离 开。
Norbert Pluschke1001
TOP
+ VDC
BOT
GND
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HCPL-316J – 采用光藕的IGBT驱动器
Chip resistance (data sheet)
Norbert Pluschke1001
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选择合适的门极驱动电路
驱动电路的最大参数必须不小于实际使用的和计算 出来的值。
门极电荷 QG = 2230 nC
平均电流 IoutAV = 22.3mA 最大门极电流 Ig.pulse = 5.75 A 最大开关频率 fsw = 10kHz 集射极最大电压VCE = 1200V 驱动的通道数量: 2 (GB模块) 双驱动电路
Norbert Pluschke1001
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开通死区时间计算
Norbert Pluschke1001
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关断死区时间计算
Norbert Pluschke1001
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门极电阻对延迟的影响
Norbert Pluschke1001
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门极电阻对延迟的影响
Norbert Pluschke1001
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Norbert Pluschke1001
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考虑门极的开通和关断延迟
门极电阻会影响以下参数
开通时间(影响di/dt)开通延迟 关断时间 (影响dv/dt) 关断延迟
由于开通和关断时间的不同，选用了不合适的门极电阻可能会导 致模块的上半桥臂和下半桥臂同时导通。 门极电阻会影响上下两个半桥IGBT之间的真正死区时间。
Norbert Pluschke1001
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IGBT门极和发射极的保护措施— 所有的IGBT驱动
Cge = Ciss
Rg1
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必须离IGBT很近
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Norbert Pluschke1001
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自举驱动电路 – 非隔离 - L6386D
Norbert Pluschke1001
中等功率的IGBT驱动
400V AC - - - - 采用自举供电的光藕 690V AC - - - - 隔离的脉冲变压器以及复杂的IGBT驱动系统
大功率IGBT驱动
采用隔离变压器的IGBT驱动 采用Vce饱和压降进行过流检测和管理的IGBT驱动系统，包括软关断动作， 以及分别采用不同的门极电阻进行开通和关断。
Rg = 2 Ohm
两个分别用于开通和关断的门极驱动电阻
Ron = 2 Ohm Roff = 5 Ohm (降低过压尖峰)
开通电阻太小
避免出现振荡
Norbert Pluschke1001
8
确定IGBT的门极充电参数
门极电荷由SEMITRANS的datasheet 中的图表6 可以看到
门极驱动电路中典型
Norbert Pluschke1001
January 2010
1
Norbert Pluschke1001
2
目录
定义和分类 IGBT的使用和门极电路设计 各类型的驱动电路介绍 IGBT过压的产生和抑制机理
Norbert Pluschke1001
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IGBT驱动的作用
在电力电子装置中的一个重要组成部分,输入连接到控制电路 的PWM信号输出端，输出连接到装置各IGBT的门极和发射极 ，将装置中的控制电路产生的数字PWM信号进行 隔离传输和 电平转换和功率放大,实现控制电路对IGBT进行开通和关断动 作的控制，从而实现装置的功率变换功能。
隔离
Norbert Pluschke1001
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低成本IGBT驱动电路
Norbert Pluschke1001
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如何安全地使用IGBT
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
门极电阻的阻值不能小于 “测试过的门极驱动电阻” 这个 模块为 2 Ohm
Norbert Pluschke1001
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如何选择正确的门极驱动电阻?
195A – max reverse recovery current
⇒ IoutAV = QG * fsw = 2230 nC * 10kHz = 22.3 mA
绝对值
Norbert Pluschke1001
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计算峰值门极电流
计算在最小的门极电阻情况下的峰值驱动电流 E.g. RG.on = RG.off = 2Ω Ig.puls ≈ ∆V / RG + Rint = 23V / (2Ω + 2Ω) = 5.75 A
Norbert Pluschke1001
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如何安全地使用IGBT
哪个门极驱动电路会适用于模块SKM 400 GB 126 D ?
反向恢复二极管的电流为-
1.5 x I diode by 80 degree case
270 A x 1.5 = 405 A
Norbert Pluschke1001
设计参数： fsw = 10 kHz Rg = ?
死区时间的解释
例如:
死区时间 = 3 us 逻辑电平
开通延迟1 us 关断延迟 2.5 us
死区时间– 关断延迟 + 开通延迟 = 实际死区时间 实际死区时间: 3us – 2.5us+1us = 1.5 us
可能太短了 – 1.5 us
检查开通和关断的延迟避免出现上下桥臂同时导通
计算门极电阻的值（开通，关断延迟）
的开通和关断电压分
15
别是
VGG+ = +15V VGG- = -8V
⇒ QG = 2230 nC
-8
Norbert Pluschke1001
2230 nC
9
计算平均电流
计算平均电流:
IoutAV = P / ∆U ∆V = +Vg + [-Vg]
根据公式P = E * fsw = QG * ∆V * fsw