IGBT驱动电路设计
IGBT驱动电路设计分析
IGBT驱动电路设计分析摘要：IGBT在变流器中应用广泛，而驱动器对安全、可靠应用器件至关重要。
文章分析了IGBT驱动电路主要的功能及工作原理并通过试验对部分功能进行验证分析，对驱动电路设计有一定指导意义。
关键词：IGBT；驱动电路；保护电路0引言IGBT驱动电路的任务是将控制器输出的PWM信号，转换为作用在IGBT栅射极之间的电压信号，从而使IGBT导通或关断。
性能良好的驱动电路，不仅可以缩短IGBT的开关时间，减小损耗，而且保护电路可以抑制过电压，并在故障时关断IGBT以保护器件和维护整个系统的安全。
本文从IGBT特性出发，针对IGBT驱动板，分析其主要的功能及工作原理并通过试验对部分功能进行验证分析。
1.IGBT工作特性IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件[1]，简化等效电路见图1，是压控型器件。
但IGBT存在着结电容及杂散电感，使得IGBT的驱动波形与理想驱动波形有差异。
图1 N沟道IGBT简化等效电路图IGBT的开关是由栅极电压来控制的。
当在栅极加正向电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通。
当在栅极上施加反向电压时MOSFET的沟道消除，PNP晶体管和基极电流被切断，IGBT被关断。
图2驱动电路结构图2 .IGBT驱动电路结构及功能介绍2.1IGBT驱动结构框图本文基于英飞凌FZ1600R17KE3器件，进行驱动电路设计。
驱动电路结构如图2所示：在框图中电源电路既实现了电源的隔离又为驱动电路提供了合适的正负电压；下方的驱动电路接收PWM信号，其通过信号隔离进入逻辑和功率放大电路，进而驱动IGBT的通断，通过设置有源箝位、短路保护等对器件进行保护。
2.2信号电气隔离IGBT驱动电路电气隔离常用的三种方式[2]：⑴光耦隔离方式光耦的隔离原理见图3，输入信号为高电平时，发光二极管上发出光信号，光敏三极管接收光信号后导通并产生电平信号，从而实现“电—光—电”的转换。
IGBT驱动电路设计与保护
IGBT驱动电路设计与保护IGBT驱动电路是一种用于驱动功率电子器件IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的电路，主要用于功率电子应用中的开关控制和保护。
IGBT驱动电路的设计和保护对于确保系统稳定和损坏防止非常重要。
本文将阐述IGBT驱动电路的设计和保护的重要性，并介绍一些常用的IGBT驱动电路设计和保护策略。
一、IGBT驱动电路设计的重要性IGBT是一种高压高电流开关设备，用于控制电流和电压的转换。
因此，IGBT驱动电路具有以下几个重要的设计考虑因素：1.提供足够的电流和电压：IGBT需要足够的电流和电压来确保快速而稳定的开关动作。
因此，驱动电路必须能够提供足够的电流和电压给IGBT。
2.控制IGBT的开关速度：IGBT的开关速度直接影响系统的动态响应和效率。
驱动电路设计必须能够准确控制IGBT的开关速度，以满足系统要求。
3.抵抗环境干扰：由于IGBT驱动电路通常工作在工业环境中，如电磁干扰、温度变化和振动等因素都会对电路的性能产生影响。
因此，设计的驱动电路必须具有足够的抗干扰能力。
二、IGBT驱动电路的设计策略以下是一些常用的IGBT驱动电路设计策略：1.确定驱动电源：根据所需要的电流和电压的大小，选择合适的电源。
一般来说，电源的输出电流应该比IGBT的工作电流大一些，以确保正常工作。
2.确定驱动信号：驱动信号的频率和幅度对于控制IGBT的开关速度非常重要。
根据需求，选择合适的驱动信号频率和幅度。
3.防止电源噪声：使用滤波电路来防止电源噪声对驱动电路的干扰。
滤波电路通常包括电源电容器和滤波电感器。
4.保证信号传输可靠性：使用合适的隔离电路和保护电路来确保信号传输的可靠性。
隔离电路可以防止由于地线干扰引起的信号失真，保护电路可以防止由于过电流和过压导致的IGBT损坏。
三、IGBT驱动电路的保护策略以下是一些常用的IGBT驱动电路保护策略：1.过电流保护：使用合适的过电流保护电路来保护IGBT免受过电流损害。
IGBT驱动电路设计与保护
IGBT驱动电路设计与保护IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种高性能和高压能力的功率开关器件，用于大功率电力电子应用中。
IGBT驱动电路的设计和保护是确保IGBT正常工作和延长其寿命的重要环节。
1.电源设计：稳定和干净的电源是驱动电路的基础。
通常使用稳压电源或者电容滤波器来给驱动电路和IGBT供电，以避免干扰和噪声的影响。
2.信号隔离：为了保护驱动电路和IGBT，通常需要使用光耦隔离器或者磁隔离器来实现输入和输出电路的电气隔离。
这样可以防止高压和高电流反馈到驱动电路中，从而保护驱动电路的安全。
3.输入信号处理：驱动电路通常需要接收和处理外部的控制信号，例如PWM信号和开关信号。
可以使用电平转换电路、滤波器和放大器等电路来进行信号处理，以确保信号的正确控制和稳定性。
4.输出信号驱动：驱动电路需要能够提供足够的电流和电压来驱动IGBT控制端的输入电容，以确保IGBT在开关过程中快速和稳定地工作。
这通常需要使用功率放大器和驱动电流放大器来提供所需的输出能力。
5.过温保护：IGBT在高功率运行时会产生热量，超过一定温度会导致器件变性或烧毁。
因此，驱动电路中需要设计过温保护电路，用于监测和控制IGBT的温度。
当温度过高时，过温保护电路会触发警报或者切断电源，以保护IGBT的安全。
6.过电流保护：IGBT在工作过程中可能会遭受过电流冲击，例如短路故障。
为了保护IGBT不受损坏，驱动电路需要设计过电流保护电路，可以监测和控制IGBT的电流。
当电流超过设定值时，过电流保护电路会触发警报或者切断电源，以保护IGBT的安全。
7.过压保护：在一些情况下，如电源故障、反馈开关失效等，IGBT 可能会受到过高的电压冲击。
为了保护IGBT不受损坏，驱动电路需要设计过压保护电路，可以监测和控制IGBT的电压。
当电压超过设定值时，过压保护电路会触发警报或者切断电源，以保护IGBT的安全。
大功率IGBT驱动电路的设计与实现
电雜术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering 大功率IG BT驱动电路的设计与实现孙伟(罗克韦尔自动化控制集成（上海）有限公司上海市201201 )摘要：本文基于当前IGBT驱动电路的繁杂的现象，采用光电隔离，隔离电源和离散元件，研究大功率IGBT驱动电路的设计和实现 方法，同时也简要的与小功率的IGBT驱动电路的差异做了对比。
最后以600A的大功率IGBT功率模块FF600R12IP4作为例子对所设计的 电路进行了验证，结果证明此电路可以很好的驱动大功率IGBT，此驱动电路也在公司的产品使用中得到了验证。
关键词：绝缘栅双极晶体管；电路设计；光耦；驱动电路I G B T也称为绝缘栅双极晶体管，集场效应管和电力晶体管的优点于一身，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动 电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，产品的用途越来越广泛，驱动方法也是各式各样，可靠的驱动方法尤其重要。
由于I G B T的广泛使用，其产品也越来越多小到几安培，大到几千安培都有。
而且厂家也多，除了国际大厂，越来越多的国 产厂商也在开发I G B T或者I G B T模块。
在工业领域，I G B T主要用做变频器里面的开关器件，而IGBT又是现场损坏最为严重的器件之一，对于大功率的变频产品尤其如 此。
对与变频器应用来说，核心是驱动电路。
驱动电路就是把中央控制器发来的命令，转变成I G B T开关的信号。
因此，驱动电路设 计的好坏直接决定整个设备的稳定性、可靠性和使用寿命。
又因为 I G B T种类繁多，驱动电路也是各式各样，这也增加了 I G B T驱动 电路设计的复杂度。
1IGBT驱动的研究与分析对于I G B T的驱动电路，如果仅仅是对一个I G B T的驱动，那么其驱动电路很简单，只需根据I G B T的特性，提供一个门极驱动电压就行，通常为15V。
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试过流保护：1.过流检测器设计：使用电流传感器来检测IGBT的电流，常见的传感器有霍尔效应传感器和电阻式传感器。
根据检测到的电流信号，设计一个比较器电路，比较检测到的电流值与预设的过流阈值。
当电流超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过流保护电路设计：采用一级或多级的电流保护电路，例如使用可控整流器电路、继电器电路或熔断器电路来切断IGBT的电源。
过温保护：1.过温检测器设计：通过温度传感器监测IGBT的温度。
可选用NTC 热敏电阻或热电偶等传感器。
根据检测到的温度信号，设计一个比较器电路，将检测到的温度值与预设的过温阈值进行比较。
当温度超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过温保护电路设计：使用温度控制器（例如PID控制器）来降低IGBT的温度。
可以通过减小机箱内部温度、增加散热和降低IGBT占空比等方式来实现。
过压保护：1.过压检测器设计：使用电压传感器来检测IGBT的输入电压。
可以选用正弦波电流互感器等传感器。
设计一个比较器电路，将检测到的电压值与预设的过压阈值进行比较。
当电压超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过压保护电路设计：可以采用电压降压器或直流开关等方法来控制IGBT的输入电压，将其降低到安全范围内。
1.过电流测试：在设计过程中，设置合理的过电流阈值。
通过电流源提供过电流信号，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
2.过温测试：在设计过程中，设置合理的过温阈值。
通过加热IGBT 器件，提高其温度，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
3.过压测试：在设计过程中，设置合理的过压阈值。
通过提供超过预设阈值的电压信号，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
4.短路测试：将IGBT的输出端短接，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
5.整体测试：在实际应用中，应全面测试保护电路的性能。
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）驱动保护电路是一种用于保护IGBT的电路设计。
IGBT驱动保护电路的设计目的是保护IGBT免受过电流、过压、过温等异常状态的损害，以确保其稳定和可靠的工作。
以下是IGBT驱动保护电路的设计与测试步骤：设计步骤：1.确定设计指标：根据具体应用的需求，确定IGBT的额定电流、额定电压、最大工作温度等参数，以此为基础进行设计。
2.过电流保护设计：设计过电流保护电路以保护IGBT免受过大电流的损害。
常见的过电流保护电路设计包括电流检测电路、比较电路和触发电路。
电流检测电路通过测量电流大小来判断是否超过额定值，并将信号传递给比较电路。
比较电路将检测到的电流信号与设定的阈值进行比较，并产生触发信号。
触发信号通过触发电路，将其送往IGBT控制电路以实现保护。
3.过压保护设计：设计过压保护电路以保护IGBT免受过大电压的损害。
过压保护电路的设计包括电压检测电路、比较电路和触发电路。
电压检测电路通过测量电压大小来判断是否超过额定值，并将信号传递给比较电路。
比较电路将检测到的电压信号与设定的阈值进行比较，并产生触发信号。
触发信号通过触发电路，将其送往IGBT控制电路以实现保护。
4.过温保护设计：设计过温保护电路以保护IGBT免受过高温度的损害。
过温保护电路的设计包括温度检测电路和触发电路。
温度检测电路通过传感器测量IGBT温度，并将信号传递给触发电路。
触发电路将检测到的温度信号与设定的阈值进行比较，并产生触发信号。
触发信号通过触发电路，将其送往IGBT控制电路以实现保护。
测试步骤：1.测试过电流保护：将设计好的过电流保护电路连接到实际的IGBT驱动电路中。
通过改变输入电流，观察过电流保护电路是否能够及时检测到过大电流，并触发保护动作。
可以通过示波器检测并记录信号的变化情况。
2.测试过压保护：同样将设计好的过压保护电路连接到实际的IGBT驱动电路中。
一种脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路的设计研究
一种脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路的设计研究脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路是一种广泛应用于电力电子领域的关键技术，能够有效实现IGBT开关管的高效驱动和隔离保护。
本文将对脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路进行设计研究，探讨其原理、设计方法和应用。
一、脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路原理脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路由输入端、隔离变压器、信号处理电路、输出端等部分组成。
其工作原理如下：输入信号经过信号处理电路进行信号调理和隔离，然后通过隔离变压器进行电气隔离，并通过输出端输出给IGBT管进行控制。
由于脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路具有电气隔离、抗干扰能力强等优点，因此在高压、高功率的电力电子设备中得到广泛应用，如逆变器、变频器、交流电源等。
二、脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路设计方法1.选择合适的隔离变压器：隔离变压器是脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路中的关键部件，其质量直接影响到整个电路的性能。
因此在设计电路时应选择符合要求的隔离变压器，需考虑其绕组匝数、匝比、耐压等参数。
2.设计信号处理电路：信号处理电路对输入信号进行处理和隔离，以适应IGBT的工作要求。
通常包括滤波器、隔离元件、整流电路等部分，保证输入信号干净稳定。
3.设计输出端电路：输出端电路主要是将隔离后的信号输出给IGBT 管，需要考虑输出端的电压、工作频率、功率等参数，以确保可靠且高效地驱动IGBT。
4.搭建和调试电路：设计完成后需要进行电路搭建和调试，检查电路连接是否正确、各部分工作是否正常，如果有问题及时排除。
三、脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路应用脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路广泛应用于各种高压、高功率电力电子设备中，如逆变器、变频器、交流电源等。
通过电气隔离和高效驱动，提高了电路的稳定性和可靠性，减小了电路对外部干扰的敏感度，在高电压、高频率的环境下能够更好地发挥作用。
综上所述，脉冲变压器隔离的IGBT驱动电路设计研究对于提高电力电子设备的性能和可靠性具有重要意义。
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试该文章讲述了IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试应用1 引言（欢迎来电咨询变频器维修|：）IGBT集功率MOSFET和双极型功率晶体管的优点于一体，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快且通态压降低，易高压大电流等特点。
在IGBT的应用中，驱动和保护一直都是研究的关键技术，特别是过流保护方面。
IGBT 器件本身以及它在电路中运行条件的特点，决定了其过流保护和其他开关器件相比有很大的差别。
IGBT的过流保护电路直接关系到整个系统的工作性能和运行安全。
2 IGBT驱动电路IGBT的开关特性由图1所示IGBT的等效电路和器件的内部结构可知，IGBT的开关控制是通过和MOSFET类似的栅极结构来完成的，因此IGBT和MOSFET的开关进程大致相似。
图2为IGBT硬开关时VGE、ICE和VCE的波型。
开通时，当VGE达到开通门限后，到t2时间，ICE达到最大值，VCE下降进程中，由于和MOSFET一样的密勒电容CGC的作用，栅极电压大体恒定，延缓了IGBT的开通进程，当VCE下降结束，ICE达到稳态值，CGC 作用消失，VGE以较快的上升率达到最大值。
为了降低此效应，应该使栅极驱动源的内阻足够小，增加流经CGC的电流，加速开通速度。
关断时，同样由于密勒电容的效应，当VCE上升的过程中，VGE有一段近似恒定的时间，影响关断的过程。
另外，由于IGBT是双极性器件，在关断过程中有一个少子复合过程，造成关断时的拖尾电流，这是IGBT和MOSFET开关最大的不同点，如图2所示，这也是影响IGBT工作频率的最主要原因。
IGBT驱动电路的要求开通正栅压（欢迎来电咨询网址：变频器维修：）IGBT静态特性曲线所示，IGBT正栅压VGE越大，导通电阻越低，损耗越小。
但是，如果VGE过大，一但IGBT过流，会造成内部寄生晶闸管的静态擎柱效应，造成IGBT失效。
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目录
•一IGBT驱动电源电压、功率设计
功率
•二驱动电阻选型
•三IGBT故障检测实现方法
•四常用IGBT驱动芯片及驱动电路•五IGBT驱动电路常见问题及处理方法
开通电压
关断电压
功率设计
开启过程
关断过程
• 1 驱动电阻阻值不小于模块资料推荐值Rgon，驱动电流峰
驱动电流峰值应小于驱动器的最大驱动电流。
• 2 做双脉冲实验，确定开通时续流二极管是否处于安全工2做双脉冲实验确定开通时续流二极管是否处于安全工作区，关断时IGBT是否处在安全工作区，主要考虑与母排杂散电感的匹配。
• 3 考虑温升。
• 4 考虑门极波形是否振荡。
4考虑门极波形是否振荡
•5按经验值，一般取模块资料推荐值Rgon的两倍。
双脉冲测试方法的意义
• 1. 对比不同的IGBT的参数，例如同一品牌的不同系列的产品的参数，或者是不同品牌的IGBT的性能。
的性能
• 2. 获取IGBT在开关过程的主要参数，以评估Rgon及Rgoff的数值是否合适，评估是否需要配吸收电路等。
• 3. 考量IGBT在变换器中工作时的实际表现。
例如二极管的反向恢复3在变换器中工作时的实际表现例如二极管的反向恢复电流是否合适，关断时的电压尖峰是否合适，开关过程是否有不合适的震荡等。
•44 .测试母排的杂散电感，确定母排是否要优化。
•硬件可根据实验结果确定驱动电阻，门极Cge，及是否要添加有源箝位电路
•器件可根据实验结果确定各品牌IGBT的性能。
•结构可根据实验结果确定母排设计是否合理。
双脉冲实验示意图脉冲实验
IGBT反向安全工作区反向安全作区
FF400R33KF2C
1 驱动电压欠压故障：直接采用采用滞环比较强实现。
2 短路故障：采用Vce电压检测或霍尔检测。
电压检测电路
Vce电压检测电路（1700V以下模块）
意图
Vce检测示意图（1700V以下模块）
IGBT特性曲线
电压检测电路方法
Vce电压检测电路方法一（3300V模块）
Vce电压检测电路方法二（3300V模块）电压检测电路方法
电压检测电路方法
Vce电压检测电路方法二（3300V模块）
有源箝位电路
有源箝位电路
改进型的有源箝位电路
动态有源箝位电路
有源箝位电路实测波形
公司常用驱动电路
•基于HCPL-3120的驱动电路•基于ACPL-W314的驱动电路•基于ACPL-330J的驱动电路•基于PC929的驱动电路
•基于IGD515的驱动电路
•基于分离器件设计的驱动电路
基于HCPL-3120的驱动电路
特性：
）的最大输出电流；
1 2.5A
2）15~30V的供电范围；
3）小于500ns的转换速度
基于ACPL-W314的驱动电路
ACPL-W314的驱动原理和
HCPL-3120一样，但
ACPL-W314的最大输出
06A转换速度
电流只有0.6A，转换速度
700ns。
基于ACPL-W314的驱动电路ACPL-W314的应用电路与HCPL-3120一样
基于ACPL-330J的驱动电路
ACPL-330J的特性：
ACPL330J
1）最大输出电流为1.5A ；
）拥有IGBT软关断功能，
2软关断功能
降低由di/dt形成的电压尖
峰，减小IGBT关断损伤；
3）故障反馈通道集成在
光耦内部，无需外接；
4）驱动电源欠压锁定功
能。
电路图
基于PC929的驱动电路
PC929是我司应用比较多的一种IGBT驱动芯片，在低压变频器和中压660V以及高压功率单元中均有使用。
以及高压功率单元中均有使用PC929内部有短路保护电路，响应时间短（最大
0.5us），隔离电压高达4000Vrms，最大输出电流0.4A。
05us）隔离电压高达最大输出电流04A
基于PC929的驱动电路
基于IGD515的驱动及保护电路
是concept公司的一款IGBT、功率
IGD515EI功率
MOSFET驱动模块。
本电路实现IGBT驱动及保护功能，
包括光纤PWM信号输入电路，IGBT驱动电路，开通延迟
检测Vce电路，Vce电压信号处理电路（导通时），Vce
过电压处理电路（关断时），故障输出电路（光纤）。
该
模块隔离电压为4000Vac，驱动电流峰值为15A，适用于
驱动电流峰值为适用于
高压大功率IGBT模块驱动电路，现用于中压1140V产品上。
IGD515内部结构
基于IGD515的驱动及保护电路
基于分离器件设计的驱动电路
电路采用分离器件设计，实现3300V IGBT驱动及保护功能，电路包括高耐压等级的DC-DC隔离电源，光纤PWM输入电路，推挽放大电路，Vce电压检测电路（短路保护）阻断时间设定电路欠压保护电路光纤故障反保护），阻断时间设定电路，欠压保护电路，光纤故障反馈电路，有源嵌位电路等。
电路特点
•电路特点：
• 1 隔离电源采用半桥开关电源拓扑，具有软启动功能，能有效减少上电瞬间或驱动电路短路时器件的电流应力，输出采用倍压整流及多股线圈叠加形式，减小了线圈的匝数，既能产生高电压给Vce检测电路供电，又避免了多次倍压带载能力不够问题。
• 2 信号传输电路与阻断时间设定电路采用四个施密特与非门构成，提高信号抗干扰能力，在短路保护时能有效的封锁信号，经PWM PWM
过阻断时间后PWM信号才能正常传输。
• 3 上电和掉电过程中输出状态明确，有效避免的不确定性。
短路保护的门槛电压设计为动态的开通过程中门槛电压为
• 4 短路保护的门槛电压设计为动态的，开通过程中门槛电压为53V，开通20us后门槛电压变为10V,能保证在IGBT开通过程中不误报短路故障，又能保证IGBT在开通过程中短路，或稳态时短路，都能在10us内进行保护。
• 5 短路保护时先将门极电压下降一个台阶，抑制短路电流上升，然后5短路保护时先将门极电压下降个台阶抑制短路电流上升然后再进行关断，降低了du/dt，降低了大电流情况下关断IGBT的应力。
• 6 采用改进型的有源嵌位电路，能够有效的抑制IGBT的CE结瞬态过压。
•7 功能电路采用单电源供电，降低功耗。
五IGBT驱动电路常见问题及处理方法
常见的是OUT故障：VCE电压超过阈值及驱动电源欠压。
故障电压超过阈值及驱动电源欠压
1 上电报OUT：驱动电压欠压。
对于1140V机器，可能为驱
动板电源未插或光纤头未插。
2 一运行就报OUT：IGBT已短路；IGBT驱动线未插紧；
IGBT有问题，驱动电压为正未开通。
有问题驱动电压为正未开通
3 运行过程中加载报OUT：过流；驱动电阻焊错（偏大）。
3过流驱动电阻焊错（偏大）
THANKS!。