全桥逆变电路IGBT模块的实用驱动设计
全桥逆变IGBT驱动及保护的高压电源电路设计
柯 片设 计
了频 率 、 占空 比等 参数 可调 的 方 坡 产 生 电路 ； 基于 ＿ 圯 乜 耦 合 器６ ＮＩ ３ ７对驱 动 波 形 进 行 了四 路 隔 离输 出 ． 并 加
八 ｍ 负 乜压 防 止 Ｉ Ｇ Ｂ ｒ ｒ 误导通 ； 采 用 霍 尔 电流 传 感 器 直接 检 测 主 电路 电 流 ， 设 计 了过 流 保 护 、 ｛ 三 路， 过 流信 号可 、 旬触 发 器 锁 定． 由此 构 建 的 高压 电 源 ， 其 输 出 电压 和 频 率 均 连 续 可调 ． 池
分， 为保 ｝ ｉ 卜 主电路 功 率模块 的 ｌ １ Ｊ 靠运 ｆ ， 需要 没 性 能 良 的 Ｉ （ ； Ｂ Ｔ 动及 护 电路 。 ． 过 去常 他
驱 动 电路或 集成 驱 动 ， 动 及保护 辅 助 『 乜路 过 于 复 ， 接 几干 ¨ 参数 ／ ｆ 便调整， 成 小较 高 。 ． 如ｆ Ｉ Ｊ Ｊ 彳 效 的驱 动 并保 护功 率器 什 ， 提Ｊ Ｉ ‘ 动 及保护 ｒ ｔ ｋ 路 的通 『 ｝ 】 性币 ¨ 扩 允能 力 ， 优 化 休 结 构 ， 降 低 产 成 本 郡址 精必要
卜
．
＾ 构 简 、 ｆ １ ． 、 功 牢 器什 少 ｌ Ｉ ＿ 功 率 管 承受 的 Ｉ 乜Ｊ 心 小 ， 划 广 泛 使 膜
绝缘 栅 双微 型 Ｉ 体 管 （ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｇ ａ ｔ ｅ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｉ ’ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｓ ｉ ｓ ｔ ｍ ’ ， Ｉ （ ． Ｂ １ 、 ） 等功 牢 器件 是 个逆 变 电源 的 恢 心 部
应管 （ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｇ ａ ｌ ｅ ｍｈ ｉ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｈ ＇ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｍ ， ｝ 一 Ｅ ｒ ） 和 Ｉ （ ｒ ＿ Ｉ Ｇ — Ｂ Ｔ兼 （ Ｒ和 Ｉ Ｇ Ｆ Ｅ Ｉ 、 闪 种 肝 火管 的优 ・ ， Ｉ ＝ ！ ｌ １ 动 功 半 小
一种逆变CO2焊机IGBT驱动电路设计
Ｄ Ｐ之 间 的相 互 干 扰 以及 逆 变 主 电路 强 电 串人 控 Ｓ 制 电路 ， 造成 信号 紊乱 、 坏器 件 ， 损 不仅 需要 在驱 动 电路 的输 出端 进行 电气隔 离 ， 也需 要考 虑在 驱 动 电
图 ２ ｅ Ｗ Ｍ 与 Ｉ Ｔ驱 动所 需 Ｐ Ｍ Ｐ ＧＢ Ｗ
（） 极 电压＋ ｃ 一 对 Ｉ Ｂ １ 栅 Ｕ， ｒ ／ Ｇ Ｔ开通 的影 响 。
根据 ＩＢ Ｇ Ｔ通 态 电压 与栅 极 电压 的关 系可 知 ， 当＋ 增加 时 ， ％ 通态 电压和开通 损耗都 呈下 降趋 势 。
主 从触 发 器 （Ｄ ０ ７组 成 ， 图 ３所示 。 Ｃ ４ ２） 如 首先 将 触
ＰＷＭ ｊ
发器 的 Ｑ１ 出端 反馈 回输 入端 Ｊ ， 触发 器的 Ｑ 输 ｌ将 １ 输 出端反 馈 回输 入端 Ｋ ， １ 同时 ，Ｐ ｅ ＷＭ１ 脚输 出 的 引
４ Ｈ 的 Ｐ ０ｋ ｚ ＷＭ 信 号作 为 触发 器 的 时钟 输入 端 ， 上
定 工作 电压 ｌ ０ Ｖ， ０ 推荐驱 动信号正偏 压 １ － ５Ｖ， ２ ３ １ 负偏 压一 ３ ＿ ５ 图 ２为 焊机控 制 部分 Ｄ Ｐ输 出 ｌ ￣ １ Ｖ。 Ｓ 的 ｅ ＷＭ１和 ｅ ＷＭ２信号 和 希望 最 终 得 到 的用 于 Ｐ Ｐ 驱 动 Ｉ Ｂ ｌＩ Ｂ ４ Ｐ Ｇ Ｔ～Ｇ Ｔ 的 ＷＭ１ Ｐ ￣ ＷＭ４的信 号 波形 示 意 ， 图 ２可 知 ， 由 同一 桥 臂 的 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ开 通 和 关 断 必 须 有 一定 的死 区时 问 ， 防止桥 臂 直通 ， 坏 电路 ， 损 另 外 ＩＢ Ｇ Ｔ的开通 和 关 断时 间 越短 越好 。 设 计驱 动 在
igbt模块逆变器电路图大全（六款igbt模块逆变器电路设计原理图详解）
igbt模块逆变器电路图大全（六款igbt模块逆变器电路设计原理图详解）igbt模块逆变器电路图设计（一）太阳能光伏发电的实质就是在太阳光的照射下，太阳能电池阵列（即PV组件方阵）将太阳能转换成电能，输出的直流电经由逆变器后转变成用户可以使用的交流电。
以往的光伏发电系统是采用功率场效应管MOSFET构成的逆变电路。
然而随着电压的升高，MOSFET的通态电阻也会随着增大，在一些高压大容量的系统中，MOSFET会因其通态电阻过大而导致增加开关损耗的缺点。
在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET，因为绝缘栅双极晶体管IGBT通态电流大，正反向组态电压比较高，通过电压来控制导通或关断，这些特点使IGBT在中、高压容量的系统中更具优势，因此采用IGBT构成太阳能光伏发电关键电路的开关器件，有助于减少整个系统不必要的损耗，使其达到最佳工作状态。
在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET。
图1：太阳能光伏发电流程IGBT逆变器的工作原理逆变器是太阳能光伏发电系统中的关键部件，因为它是将直流电转化为用户可以使用的交流电的必要过程，是太阳能和用户之间相联系的必经之路。
因此要研究太阳能光伏发电的过程，就需要重点研究逆变电路这一部分。
如图2（a）所示，是采用功率场效应管MOSFET 构成的比较简单的推挽式逆变电路，其变压器的中性抽头接于电源正极，MOSFET的一端接于电源负极，功率场效应管Q1，Q2交替的工作最后输出交流电力，但该电路的缺点是带感性负载的能力差，而且变压器的效率也较低，因此应用起来有一些条件限制。
采用绝缘栅双极晶体管IGBT构成的全桥逆变电路如图2（b）所示。
其中Q1和Q2之间的相位相差180°，其输出交流电压的值随Q1和Q2的输出变化而变化。
Q3和Q4同时导通构成续流回路，所以输出电压的波形不会受感性负载的影响，所以克服了由MOSFET构成的推挽式逆变电路的缺点，因此采用IGBT构成的全桥式逆变电路的应用较为广泛一些。
IGBT驱动电路原理及设计方案方法
IGBT驱动电路原理及设计方法本文着重介绍三个IGBT驱动电路。
驱动电路的作用是将单片机输出的脉冲进行功率放大，以驱动IGBT，保证IGBT的可靠工作，驱动电路起着至关重要的作用，对IGBT驱动电路的基本要求如下：（1）提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT可靠的开通和关断。
（2）提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT能迅速建立栅控电场而导通。
（3）尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率。
（4）足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘。
（5）具有灵敏的过流保护能力驱动电路EXB841/840EXB841工作原理如图1,当EXB841的14脚和15脚有10mA 的电流流过1us以后IGBT正常开通，VCE下降至3V左右，6脚电压被钳制在8V左右，由于VS1稳压值是13V，所以不会被击穿，V3不导通，E点的电位约为20V，二极管VD截止，不影响V4和V5正常工作。
■- ■ ―- ■ —«■www.d i angon. com当14脚和15脚无电流流过，则V1和V2导通，V2的导通使V4截止、V5导通，IGBT栅极电荷通过V5迅速放电，引脚3电位下降至0V,是IGBT栅一射间承受5V左右的负偏压，IGBT可靠关断, 同时VCE的迅速上升使引脚6 “悬空”。
C2的放电使得B点电位为0V,则V S1仍然不导通，后续电路不动作，IGBT正常关断如有过流发生，IGBT的V CE过大使得VD2截止，使得VS1击穿，V3导通，C4通过R7放电，D点电位下降，从而使IGBT的栅一射间的电压UGE降低，完成慢关断，实现对IGBT的保护。
由EXB841 实现过流保护的过程可知，EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电压，6脚的电压不仅与VCE有关，还和二极管VD2的导通电压Vd 有关。
典型接线方法如图2,使用时注意如下几点：a、I GBT栅-射极驱动回路往返接线不能太长（一般应该小于1m），并且应该采用双绞线接法，防止干扰。
IGBT模块的一种驱动设计
输 入 通 道 不 起 作 用 。 若 ＤＥＳＡＴ 检 测 到 过 流 信 号 （ ＤＥＳＡＴ 端 电 压 超 过 ７ Ｖ） ， 则 ＦＡＵＬＴ 为 高 电 平 。 该信号经内部逻辑一方面闭锁驱动器输出及 ＬＥＤ１ 的输入信 号， 另一方 面使 ＬＥＤ２ 导 通 ， ＲＳ 触 发 器 输 出 端 Ｑ 为 高 电 平 ， 故 障 输 出 ＦＡＵＬＴ 为 低 电 平， 通知外部微机。当 ＩＧＢＴ 发生过流， 驱动器输出 电 平 下 降 ， 使 ＩＧＢＴ 软 关 断 ， 以 避 免 突 然 关 断 时 因 产生过 压而导致 ＩＧＢＴ 损 坏 。 另 外 ， 由 于 故 障 输 出 端 ＦＡＵＬＴ 为 集 电 极 开 路 ， 可 实 现 多 个 器 件 的 ＦＡＵＬＴ并 联 到 微 机 上 。
光 电 耦 合 驱 动 器 件 的 输 入 、输 出 都 是 有 源 的 ， 其 正向脉冲及负向闭锁脉冲的宽度不受限制， 可容易 地通过检测 ＩＧＢＴ 通态集电极电压实现过流及短路 保护，并向微处理器发出过流报警信号。
ＨＣＰＬ－ ３１６Ｊ 的 主 要 特 征 ： １６ 引 脚 双 列 直 插 封 装 ； 可 驱 动 １５０ Ａ／１ ２００ Ｖ 的 ＩＧＢＴ； 宽 电 源 电 压 范 围为 １５ Ｖ～３０ Ｖ； 最大开关时间为 ０．５ μｓ； 死区时间 为 ２ μｓ； 兼容 ＣＭＯＳ／ＴＴＬ 电平； 具有光隔离、故障状 态反馈功能； ＩＧＢＴ “软”关断； ＶＣＥ 欠饱和检测及带 滞 环 欠 压 锁 定 保 护 ； 用 户 可 配 置 自 动 复 位 、自 动 关 闭。最小共模抑制 １５ ｋＶ／μｓ（ ＶＣＭ＝１ ５００ Ｖ 时） ； 具有 过流关断、欠压封锁功能； 当线路过流或 ＶＣＣ 欠压时 可自动闭锁所有输出， 并发出报警信号；当高侧的悬 浮偏置电压源欠压时， 可通过其内部的欠压自锁电 路将 ３ 路高侧输出封锁。
如何设计出简单实用的IGBT驱动电路
如何设计出简单实用的IGBT驱动电路？2014-07-23来源：电子信息网分析IGBT驱动条件后再介绍几种常见IGBT驱动电路，并给出各自电路的优缺点，本文自行设计了的一种简单、实用的新型IGBT驱动电路。
实践表明，该电路经济、实用、安全、可靠，同时具有优良的IGBT过电流保护功能，应用前景好。
绝缘门极双极型晶体管(Isolated Gate Bipolar Transistor)简称IGBT。
也称绝缘门极晶体管。
由于IGBT内具有寄生晶闸管，所以也可称作为绝缘门极晶闸管，它是八十年代中期发展起来的一种新型复合器件。
由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又有通态电压低耐压高的优点，因此发展很快，倍受欢迎，在电机驱动、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBT有取代MOSFET和GTR的趋势。
但在IGBT实际应用中一个要重点考虑的问题是其栅极驱动电路设计的合理与否，在此我们自行设计了一种简单尔实用的驱动电路，并取得了很好的效果。
IGBT的驱动条件IGBT的驱动条件与它的静态和动态特性密切相关。
栅极的正偏压+VGE、负偏压-VGE和栅极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dVCE/dt等参数都有不同程度的影响。
门极驱动条件与器件特性的关系如表1所示。
表1 门极驱动条件与器件特性的关系当VGS增加时，通态电压下降，IGBT的开通能量损耗下降，但是VGE 不能随意增加，因为VGE 增加到一定程度之后对IGBT的负载短路能力及dVCE/dt电流有不利影响。
负偏压-VGE的影响负偏压也是很重要的门极驱动条件，它直接影响IGBT的可靠运行。
虽然-VGE 对关断能耗没有显著影响，担负偏压的增高会使漏极浪涌电流明显下降，从而避免过大的漏极浪涌电流使IGBT 发生不可控的擎住现象。
门极电阻RG的影响门极电阻增加，使IGBT的开通与关断能耗均增加，门极电阻减小又使di/dt 增大，可能引发IGBT 误导通，同时RG上的能耗也有所增加。
IGBT模块：技术、驱动和应用课件：基本电路与应用实例
DC-AC逆变器
相对于两电平逆变器，三电平逆变器有许多优点 损耗降低 输出滤波器更小 输出电压或电流的失真度降低 电磁兼容（EMC）性能得到提升 系统成本降低
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
DC-AC逆变器
三电平模块/三电平桥臂
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简介
换流：在变换器的运行期间（通常）电流周期性的从一个
半导体开关换流到另一个半导体开关。这个过程被称为电 流换流或换流。
外部换流 内部换流
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主动前端：IGBT 辅助主动开关
AC-DC整流器和制动斩波器
启动时：每个辅助开关分别与相对应的开关VT1、VT3和VT5共 发射极串联连接，通过PWM控制给直流母线充电，这样就可以限制 电力半导体器件的电流。
正常工作：辅助开关开通（引入额外通态损耗，提高驱动电压）
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制动斩波器 消耗再生制动能量
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AC-DC整流器和制动斩波器
主动前端：SCR
不需要制动电阻 再生的能量反馈到电网
需要有源逆变单元 机构和控制复杂 存在换流失败的可能
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U out
IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计
IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计无源逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置。
在无源逆变器中，使用单相电压型全桥拓扑结构，其中IGBT是指绝缘栅双极型晶体管，具有高电压和高电流开关特性。
本文将详细设计IGBT单相电压型全桥无源逆变电路。
设计要求：1. 输入电压：直流电压为Vin。
2. 输出电压：交流电压为Vout，频率为f。
3.负载：纯电阻性负载。
电路原理：1. 在每个IGBT导通期间的2/3时间内，两个IGBT之一导通，直流电压Vin流过负载。
2.在导通的另外1/3时间内，两个IGBT同时导通，负载两端电压降为零。
电路结构：1.两个开关电路串联：IGBT1和IGBT4、IGBT3和IGBT22.两个共享电压元件：一个直流电源和一个电感。
电路设计：1.选择IGBT：根据输入电压和负载电流选择IGBT，确保IGBT的电流和电压额定值工作在安全范围内。
2.选择电感：根据电压和电流需求选取合适的电感，它能平滑电路的工作并提供稳定的电流输出。
3.选择电容：选取合适的电容来平滑输出电压。
4.选择二极管：选择合适的二极管防止反向电流损坏电路。
参数计算：1. 选择输入电压Vin。
2. 根据输出电压Vout和负载电流计算负载电阻Rload。
3. 根据输出电压Vout和负载电流计算功率P。
4.根据频率f和功率P计算电感L和电容C的值。
原理图设计：根据电路设计和参数计算结果，绘制原理图。
确保各个组件的连接正确并保证整个电路的工作稳定。
电路实现：将电路原理图转换为实际的电路板。
在实际实施中，要注意电路的布局合理性、组件之间的联接可靠性，以确保电路能够正常工作。
性能测试：测试电路的性能，包括输出电压和电流的波形、频率和效率。
如果有必要，可以进行调整和改进。
总结：。
三种IGBT驱动电路和保护方法详解
三种IGBT驱动电路和保护方法详解IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率开关器件，具有高压能力和快速开关速度，广泛应用于各类电力电子设备中。
为了保证IGBT的正常工作和延长寿命，需要合理设计驱动电路和采取保护措施。
以下将详细介绍三种常见的IGBT驱动电路和保护方法。
1.全桥驱动电路：全桥驱动电路使用四个驱动器来控制IGBT的开关动作，通过驱动信号的控制确保IGBT的正确触发。
全桥驱动电路的优点是开关速度快、电流能力高、噪音抵抗能力强。
驱动信号的产生可以通过模拟电路或数字电路实现，后者具有更高的可靠性和精准性。
在全桥驱动电路中，还会配备隔离变压器，用于提供与主电源隔离的驱动信号。
保护方法：（1）过温保护：通过测量IGBT芯片的温度，一旦温度超过设定值，即切断IGBT的驱动信号，防止过热损坏。
（2）过流保护：通过监测IGBT输入电流，当电流超过额定值时，切断IGBT的驱动信号，避免损坏。
（3）过压保护：检测IGBT的输入电压，当电压超过设定值时，中断驱动信号，以防止损坏。
（4）过电压保护：通过监测IGBT的输出电压，当电压异常升高时，关闭IGBT的驱动信号，避免对后续电路造成损害。
（5）失控保护：当IGBT因为故障或其他原因丧失了晶体管功能时，立即中断其驱动信号，以保护设备安全。
2.半桥驱动电路：半桥驱动电路仅使用两个驱动器来控制一个IGBT的开关动作。
相比于全桥驱动电路，半桥驱动电路简化了驱动电路的设计，成本更低。
但由于只有单个驱动器来控制IGBT，因此其驱动能力和噪音抵抗能力相对较弱。
保护方法：半桥驱动电路的保护方法与全桥驱动电路类似，包括过温保护、过流保护、过压保护、过电压保护和失控保护等。
可以将这些保护方法集成在半桥驱动电路中，一旦触发保护条件，即切断驱动信号，以保护IGBT和其他电路设备。
3.隔离式驱动电路：隔离式驱动电路通过隔离变压器将主电源与IGBT的驱动信号分隔开，能够提高系统的稳定性和安全性。
一种IGBT全桥逆变驱动电路的设计
２ ． Ｇｒ ｅ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｉ ｎ ｃ ．ｏ ｆ Ｚ ｈ ｕ ｈ ａ ｉ ， Ｚ ｈ ｕ ｈ ｉ ａ ５ １ ９ ０ ７ ０ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
（ １ ．上海理工大学 电气工程 系，上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ；２ ． 珠 海格力电器股份有限公司 Байду номын сангаас广东 珠海 ５ １ ９ ０ ７ ０ ）
摘
要 ：简单 阐述 了２ Ｓ Ｃ ０ ４ ３ ５ Ｔ模 块 的特 点 和 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的 Ｈ 桥 互 锁 电路 的特 点 。 以 ２ Ｓ Ｃ ０ ４ ３ ５ Ｔ为 核
２ ０ １ ４ 年第１ ０ 期
文章编号 ： １ ０ ０ ９— ２ ５ ５ ２ （ ２ ０ １ ４ ） １ ０— ０ １ ２ ５— ０ ４ 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ３ ８ ６ ． ２ 文献 标 识 码 ： Ａ
一
种 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ全 桥 逆 变 驱 动 电路 的 设 计
，付 橙 刘 牮 ，布晓萌 ， 雷 龙２
关键 词 ：２ Ｓ Ｃ ０ ４ ３ ５ Ｔ； Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ； 全 桥逆 变 ； 驱动 电路
Ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ ＧＢＴ ｆ ｕ ｌ ｌ — ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｉ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｄｒ ｉ ｖ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ
块 。驱 动器 的并 联功 能可 以使它 支持 多个驱 动器并 联 在一 起 ， 还支 持 多 电平 拓 扑应 用 。它集 成 了完整
的双通 道驱 动 内核 ， 包 括 隔离 的 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 电源 、 短路
合器件 ， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ具 有 电流 大 、 耐压高 、 开 关速 度 快 和饱 和压降 低等 优 良特点 ， 在牵 引 电传动 、 电能传输 与变 换、 有 源滤 波 等 电力 电 子 领 域 得 到 了广 泛 的 应 用 。
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组成推挽放大电路， 将放大后的输出信号输入到 ＩＧＢＴ 门极， 提供门极的驱动信号。当输入控制信号， 光 耦 Ｕ 导 通 ， Ｑ３ 截 止 ， Ｑ２ 导 通 输 出 ＋１５ Ｖ 驱 动 电 压。当控制信号为零时， 光耦 Ｕ 截止， Ｑ３、Ｑ１ 导通， 输 出－ １５ Ｖ 电压， 在 ＩＧＢＴ 关断时给门极提供负的偏置， 提高 ＩＧＢＴ 的抗干扰能力。稳压管 ＶＳ３～ＶＳ６ 分别对 Ｑ２、Ｑ１ 输入驱动电压限幅在－ １０ Ｖ 和＋１５ Ｖ， 防止 Ｑ１、 Ｑ２ 进入深度饱和， 影响 ＭＯＳ 管的响应速度。电阻 Ｒ６、 Ｒ７ 与电容 Ｃ０ 为 Ｑ１、Ｑ２ 组成偏置网络。其中的电容 Ｃ０ 是为了在开通时， 加速 Ｑ２ 管的漏极电流上升速度， 为栅极提供过冲电流， 加速栅极导通。
集极间的寄生电容与其他分布参数的综合作用会对驱动波形产生不利影响。栅极驱动电压必须有足够
快的上升和下降速度， 使 ＩＧＢＴ 尽快开通和关断， 以减小开通和关断损耗。在 ＩＧＢＴ 导通后， 驱动电压
应保持在＋１５ Ｖ 左右， 保证 ＩＧＢＴ 处于饱和状态； 在 ＩＧＢＴ 关断期间， ＩＧＢＴ 的栅极需加反向偏置电压，
通过以上分析可知， 对 ＩＧＢＴ 开通关断过程影响较 大的因素是驱动电路的阻抗、Ｌｅ 和 Ｃｇｃ。因此在设计驱 动 电 路 的 时 候 ， 应 选 择 Ｃｇｃ 较 小 的 ＩＧＢＴ， 并 通 过 合 理布线、选择合理电阻等方法改善开通与关断的过程。
３ ＩＧＢＴ 的实用驱动电路设计和实验 结果
对于硬开关触发方式的全桥逆变器， 四路驱动
ＩＧＢＴ 开通波形见图 ２ｂ。ｔ０ 时刻， ＩＧＢＴ 处于关断状 态， 栅极驱动电压开始上升， Ｕｇｅ 的上升斜率主要由 Ｒｇ 和 Ｃｇｃ 决定， 上升较快。到 ｔ１ 时刻， Ｕｇｅ 达到栅极门槛 值（约 ４～５ Ｖ）， 集电极电流开始上升。导致 Ｕｇｅ 波形偏离 原有轨迹的因素主要有两个： 一是发射极电路中分 布电感 Ｌｅ 的负反馈作用； 二是栅极－ 集电极电容 Ｃｇｃ 的 密勒效应。ｔ２ 时刻， Ｉｃ 达到最大值， 集射极电压 Ｕｃｅ 下 降， 同时 Ｃｇｃ 放电， 驱动电路电流增大， 使得 Ｒｇ 和 Ｒ 上分压加大， 也造成 Ｕｇｅ 下降。直到 ｔ３ 时刻， Ｕｃｅ 降为 ０， Ｉｃ 达到稳态值， Ｕｇｅ 才以较快的上升率达到最大值。
·２６· Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
专题讨论
田松亚等： 全桥逆变电路 ＩＧＢＴ 模块的实用驱动设计
第４期
电路完全相同， 但是各路之间在电路上必须相互隔 离， 以防干扰或误触发。四路驱动信号根据触发相位 分为两组， 相位相反。图 ３ 为一路栅极驱动电路。整 流 桥 Ｂ１、Ｂ２ 与 电 解 电 容 Ｃ１、Ｃ２ 组 成 整 流 滤 波 电 路 ， 为驱动电路提供＋２５ Ｖ 和－ １５ Ｖ 直流驱动电压。光耦 ６Ｎ１３７ 的作用是实现控制电路与主电路 之 间 的 隔 离， 传递 ＰＷＭ 信号。电阻 Ｒ１ 与稳压管 ＶＳ１ 组成 ＰＷＭ 取样信号， 电阻 Ｒ２ 限制光耦输入电流。电阻 Ｒ３、Ｒ４ 与 稳 压 管 ＶＳ３、ＶＳ４ 分 别 组 成 ５．５ Ｖ 光 耦 电 平 限 幅 电 路， 分别为光耦和 ＭＯＳＦＥＴ 管 Ｑ３ 提供驱动电平。Ｑ３ 在光耦控制下， 工作在开关状态。ＭＯＳＦＥＴ 管 Ｑ１、Ｑ２
题
其危险， 可能引发爆炸。
讨
论
桥式电路的另一缺点是容易产生直通现象。直
通现象是指同桥臂的 ＩＧＢＴ 在前后半周导通区间出
——
逆 变 焊 机
现重叠， 主电路短路， 巨大的短路电流瞬时通过 ＩＧＢＴ， 毁坏 ＩＧＢＴ。
针对上述两点不足， 从驱动的角度出发， 设计 的驱动电路必须满足四路驱动的波形完全对称， 严 格限制最大工作脉宽， 保证死区时间足够。
——
ＴＩＡＮ Ｓｏｎｇ－ｙａ， ＳＵＮ Ｙｅ， ＷＵ Ｄｏｎｇ－ｃｈｕｎ， ＧＡＮ Ｚｈｅｎｇ－ｈｕａ
逆
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖ．， Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０２２， Ｃｈｉｎａ）
变
Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ａｎｄ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｇａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
焊 机
ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＩＧＢＴ．Ｔｈｅ ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓ ｏｆ ＩＧＢＴ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｏｕｌｄ ｉｎｄｕｃｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｏ
ｄｒｉｖｅ ｗａｖｅ．Ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｎｄ ｄｅｃｌｉｎｅ ｑｕｉｃｋｌｙ， ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｌｏｓｓ．Ａｆｔｅｒ ＩＧＢＴ ｉｓ ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ，
半周交替通断， 变压器磁心中没有剩磁。但是， 如果
ＩＧＢＴ 驱动电路输出脉宽不对称或其他原因， 就会产
生正负半周不平衡问题。此时， 变压器内的磁心会在
某半周积累剩磁， 出现“单向偏磁”现象， 经过几个
脉冲， 就可以使变压器单向磁通达到饱和， 变压器
专
失去作用， 等效成短路状态［１］。这对于 ＩＧＢＴ 来说， 极
专 题 讨 论
——
逆 变 焊 机
图 ３ 栅极驱动电路原理
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒ ａｗｉｎｇ ｏｆ ｇａｔｅ ｄｒ ｉｖｅ
ＩＧＢＴ 栅极耐压一般生
电路的输出端给栅极加电压保护， 并联电阻 Ｒｇｅ 以及 反向串联限幅稳压管， 如图 ４ 所示。
全桥式逆变器的一大缺陷就是存在中频变压 器偏磁问题。正常工作情况下， 功率开关器件在工作
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ ·２５·
专题讨论
第 ３７ 卷
图 １ 全桥式逆变电路
Ｆｉｇ．１ Ｆｕｌｌ ｂｒ ｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒ ｔｅｒ ｃｉｒ ｃｕｉｔ
前半周与后半周导通脉宽相等， 饱和压降相等， 前后
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ\ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＩＧＢＴ； ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ； ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ
０ 前言
全桥式逆变电路应用广泛， 国内外许多厂家的 焊机都采用此主电路结构。全桥式电路的优点是输 出功率较大， 要求功率开关管耐压较低， 便于选管。 在硬开关桥式电路中， ＩＧＢＴ 在高压下导通， 在大电 流下关断， 处于强迫开关过程， 功率器件 ＩＧＢＴ 能否 正常可靠使用起着至关重要的作用。
栅极串联电阻 Ｒｇ 对 ＩＧＢＴ 开通过程影响较大。 Ｒｇ 小有利于加快关断速度， 减小关断损耗， 但过小 会造成 ｄｉ／ｄｔ 过大， 产生 较 大 的 集 电 极 电 压 尖 峰［３］。 根据本设计的具体要求， Ｒｇ 选取 ４．７ Ω。
图 ５ 四路驱动电路光耦与 ＰＷＭ 的两路输出信号的接线 Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒ ａｗｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ａｂｏｕｔ ｐｈｏｔｏｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ＰＷＭ
主 要 从 事 逆 变 焊 机 、等 离 子 切 割 机 的 研 究 与 教 学 工作。
靠性。随着开关工作频率的提高， 驱动电路的优化设 计就更为重要。
１ 硬开关全桥式电路工作过程分析
全桥式逆变主电路由功率开关管 ＩＧＢＴ 和中频 变压器等主要元器件组成， 如图 １ 所示。快速恢复二 极管 ＶＤ１～ＶＤ４ 与 ＩＧＢＴ１～ＩＧＢＴ４ 反向并联， 承受负载 产生的反向电流以保护 ＩＧＢＴ。ＩＧＢＴ１ 和 ＩＧＢＴ４ 为一 组， ＩＧＢＴ２ 和 ＩＧＢＴ３ 为一组， 每组 ＩＧＢＴ 同时导通与 关 断 ， 当 激 励 脉 冲 信 号 轮 流 驱 动 ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ４ 和 ＩＧＢＴ２、ＩＧＢＴ３ 时， 逆变主电路把直流高压转换为 ２０ ｋＨｚ 的交流电压送到中频变压器， 经降压整流滤波输出。
ＩＧＢＴ 开关等效电路如图 ２ａ 所示。Ｅ 是驱动信号 源， Ｒ 是驱动电路内阻， Ｒｇ 为栅极串联电阻。Ｃｇｅ、Ｃｇｃ 分 别为栅极与发射极、集电极之间的寄生电容 ， Ｌｅ 是 射极回路漏电感， 用电感 Ｌ１ 与二极管 ＶＤ 并联作为 负载。
图 ２ ＩＧＢＴ 的开关过程动态分析 Ｆｉｇ．２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｏｎ－ ｏｆｆ ｃｏｕｒ ｓｅ ｏｎ ＩＧＢＴ
实验波形如图 ６ 所示。图 ６ａ 是栅极驱动四路输
ｄｒｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｋｅｐｔ ａｔ ＋１５ Ｖ， ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｔｅ ｏｆ ＩＧＢＴ．Ｄｕｒｉｎｇ ＩＧＢＴ ｉｓ ｏｆｆ， ｔｈｅ ｇａｔｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ
ｒｅｖｅｒｓｅ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｏｒ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｆ ＩＧＢＴ．Ｆｏｒ ＩＧＢＴ ｍｏｄｕｌｅ ｉｎ ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｙ ｄｉｓｃｒｅｔｅ
２ ＩＧＢＴ 的开关过程动态分析
ＩＧＢＴ 是 ＭＯＳＦＥＴ 与双极晶 体 管 的 复 合 器 件 ， 其驱动与 ＭＯＳＦＥＴ 驱动相似， 是电压控制器件， 驱动 功率小。但 ＩＧＢＴ 的栅极与发射极之间、栅极与集电 极之间存在着结间电容， 在它的射极回路中存在着 漏电感， 由于这些分布参数的影响， 使得 ＩＧＢＴ 的驱 动波形与理想驱动波形产生较大的变化， 并产生了 不利于 ＩＧＢＴ 开通和关断的因素［２］。
ＩＧＢＴ 关断波形如图 ２ｃ 所示。ｔ０ 时刻栅极驱动电 压开始下降， 到 ｔ１ 时刻达到刚能维持 Ｉｃ 的水平， ＩＧＢＴ