EXB841驱动电路
并联谐振逆变电源的电路设计
并联谐振逆变电源的电路设计本文提出了一种应用于感应加热的并联谐振逆变电源设计方案，针对其主电路、斩波电路及逆变器控制电路等进行了分析和设计。
电路构成及设计电源的系统框图为图1所示，三相交流电压通过不控整流及滤波电路后转换为直流电压，该电压被送到直流斩波器进行斩波调节，变为功率可调节的近似恒流源后输入逆变器，之后控制感应加热负载。
直流斩波控制部分则通过传感器检测斩波输出的电流信号，经PI调节器，控制PWM的输出脉宽，从而改变斩波输出电流的大小，实现闭环控制。
逆变器控制部分采用锁相环频率跟踪电路控制逆变器的工作频率，产生高频触发脉冲，驱动逆变电路中功率器件的通断。
主电路1、并联谐振逆变电源的主电路由三相不控整流桥、直流斩波器、电流源并联谐振逆变器和负载匹配电路四部分组成(图2)。
这里采用不控整流加斩波构成直流电流源，主要是考虑到其具有保护速度快以及高频斩波带来的滤波器尺寸小等优点。
斩波器和逆变器中的主功率器件(VT与VT1、VT2、VT3、VT4)均采用IGBT管。
逆变器桥臂的每一个IGBT上均串联一个二极管，通过IGBT的正向电流也将全部通过串联二极管，这就要求串联二极管能够通过很大的正向电压和承受很高的反向电压，因此VD1~VD4选用的是快速恢复二级管。
逆变器通过半导体开关有规律地切换，在负载侧得到一定频率的交流电流，其频率由开关的动作频率决定，由于是电流源供电，逆变器输出电流近似为方波，负载对基波分量呈高阻，压降较大，而三次及三次以上谐波产生的压降较小，可近似认输出电压(即电容C两端电压)为正弦波。
2、PWM斩波控制斩波的实现是通过控制IGBT(图2中VT管)的导通来控制电流的大小，从而间接控制功率。
在稳态运行过程中，为实时了解负载的变化，需从谐振回路中反馈电流的变化，通过与基准值比较获得占空比的大小。
图1系统框图中的电流检测可选用霍尔电流传感器，检测逆变器直流母线输入电流的大小。
控制电路采用PI调节器，由运放与电阻、电容等元件构成，可将检测电流与设定电流比较，只要反馈和设定有偏差，就可通过调节，使反馈向设定值逼近直至等于设定值，从而实现无差调节，提高系统稳定性。
故障机理分析毕业设计
铁路货车轮对轴承在运行中除了出现轴承自身的元件损伤外，还会出现轴承内圈与轴颈配合松动故障，产生松动的原因有：1. 铁路货车在运行过程中，并不总是直线运行，当列车在通过弯道时，依据铁轨特点，外侧与内侧之间有一倾角，其轮对轴承所受载荷分布不均，在轴向受力，使内圈与轴颈产生相对滑动，继而产生磨损导致配合松动。
2. 轴承在压装过程中，因操作工人人为失误，造成轴承与轴颈配合过盈量选配不当，在运行中因相对滑动使轴颈尺寸发生变化，导致内圈与轴磨损。
3. 随着重载运输的发展，轴重在不断增加，过去所使用的轴承在维修和运用安全性及可靠性方面存在的问题日益暴露出来。
由于轴颈在轮重作用下会产生弯曲，导致轴承旋转运动时各部件表面间产生微量的相对移动，随着时间的推移，这些相对运动产生磨损(腐蚀)磨耗，逐渐减少了轴承与轴颈间的预压力，而反过来，相对移动和磨损磨耗率不断增加，最后终于导致了轴承与轴颈间的松弛状态，使得轴承难以保持正常的工作性能。
1.2摩擦磨损机理磨损是相互接触的物体在相对运动中表层材料不断损伤的过程，它是伴随摩擦而产生的必然结果[25，26]。
对机器或机构而言，连接表面的磨损是最典型的损坏形式，是一种复杂的物理化学过程。
国内外已有大量文献阐述过这些过程，并不同程度的揭示了材料磨损的机理，指出了磨损过程的规律性。
磨损的分类方法不同的学者提出了不同的分类观点，苏联学者XpyⅢOB根据摩擦表面的作用将磨损分为三类：机械类、分子-机械类和腐蚀-机械类。
根据近年来的研究，人们按照磨损机理将磨损划分为四个类型：磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损。
1.2.1磨损形式的分类磨损形式的分类方法很多，各种分类只有专门术语的不同而无实质上的差别，都是建立在对磨损过程的主要因素的划分基础上进行的。
所有磨损形式，可分为三种，即：机械磨损是由于材料的相互机械作用的结果；分子-机械磨损则是分子或原子力平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）同进作用的结果；腐蚀-机械磨损是在材料摩擦时，产生材料同介质的相互的化学作用。
超声波电源驱动电路的设计
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。 创新点： 创新点： 1 2 解释： 解释： 硬件电路上双重控制PWM 信号。当没有过流发生时， EXB841的5引脚不输出故 障信号，此时5引脚输出 的是高电平，三极管VA0 不导通，此时，与门1引 脚为高电平，由单片机产 生的PWM使三极管VA1导 3 通，此时，与门2引脚为 高电平，与门输出高
贰
针对EXB841芯片内部提供的-5V负偏压不足重新设计的电路。 创新点： 创新点： 解释： 解释： EXB841使用单一的20V电 源产生+15V和-5V偏压。 在高电压大电流条件下， 开关管通断会产生干扰， 使截止的IGBT误导通，针 对负偏压不足的问题，设 计了外部负栅压成型电路， 用外接8V稳压管VA9代替 了EXB841芯片内部的5V VA9为8V稳压管 稳压管。电源电压升为 24V。
超声波换能器驱动电路的设计
EXB841芯片简介
EXB841芯片包含正常开通过程、正常关断过程和过流保护动作三项功能. 当1 4和15两脚 间外加PWM控制信号时候，15和14脚有10mA ～ 25mA，在GE两端产生约15v ～ 18v的 IGBT开通电压；当触发控制脉冲电压撤消时，在GE两端产生约-5.1 V的IGBT关断电压. 过流保护动作过程是根据IGBT的CE极间电压Uce的大小判定是否过流而进行保护的，
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。 创新点： 创新点： 1 2 解释： 解释： 电平，三极管VA2导通， 驱动EXB841芯片工作， 当出现过流时，5引脚输 出故障信号，一路信号输 出至触发器S端，此时，S 端为高电平，Q端输出高 电平，使三极管VA0导通， 此时，与门1引脚为低电 3 平； 另一路信号，输至单 片机，经过单片机
驱动电路
1.6 电力电子器件器件的驱动1.6.1 电力电子器件驱动电路概述驱动电路——主电路与控制电路之间的接口✧✧使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义✧✧对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现驱动电路的基本任务：将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号✧✧对半控型器件只需提供开通控制信号✧✧对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离✧✧光隔离一般采用光耦合器✧✧磁隔离的元件通常是脉冲变压器EERRa )b )c )R 1图1-25 光耦合器的类型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型电流驱动型和电压驱动型具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路✧ ✧ 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路✧ ✧ 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路 1.6.2 晶闸管的触发电路作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通广义上讲，还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路晶闸管触发电路应满足下列要求：✧ ✧ 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念）✧✧触发脉冲应有足够的幅度✧✧不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内✧✧应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离13度IM−强脉冲幅值（3IG T ~5I G T）t1~t4−脉冲宽度I−脉G T~2I G T）TMR22VD3VD2R4图1-27 常见的晶闸管触发电路V1、V2构成脉冲放大环节脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设1.6.3 典型全控型器件的驱动电路1. 电流驱动型器件的驱动电路GTO✧✧GTO的开通控制与普通晶闸管相似，但对脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整个导通期间施加正门极电流✧✧使GTO关断需施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高，关断后还应在门阴极施加约5V的负偏压以提高抗干扰能力iGuG图1-28推荐的GTO门极电压电流波形✧✧驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型✧✧直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿，因此目前应用较广，但其功耗大，效率较低✧✧典型的直接耦合式GTO驱动电路：二极管VD1和电容C1提供+5V电压VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压VD4和电容C4提供-15V电压V1开通时，输出正强脉冲V2开通时输出正脉冲平顶部分V2关断而V3开通时输出负脉冲 V3关断后R3和R4提供门极负偏压50kHz50V N1C VD图1-29典型的直接耦合式GTO驱动电路GTR✧✧开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区✧✧关断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压✧✧i b图1-30 理想的GTR 基极驱动电流波形✧ ✧ GTR 的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两部分二极管VD 2和电位补偿二极管VD 3构成贝克箝位电路，也即一种抗饱和电路，负载较轻时，如V 5发射极电流全注入V ，会使V 过饱和。
IGBT的驱动电路VLA517的改进(全文)
IGBT的驱动电路VLA517的改进(全文)摘要：大功率的IGBT广泛地应用在各类电力变换装置中。
为了保障IGBT器件和VLA517可靠地工作，必须有效地设计与合理地使用IGBT保护电路。
关键词：IGBT；VLA517；驱动电路；保护电路TG434.1A1006-3315（2022）11-179-001IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种新型复合型器件。
它具有高输入阻抗、低导通压降、热稳定性好、驱动电路简单、耐压高等几个方面的优点。
IGBT专用高速驱动器VLA517是常用的集成驱动电路，它是EXB841的改进型。
一、VLA517的工作原理剖析VLA517是IGBT驱动专用模块，它由放大电路、过流保护、5V基准电压和输出等部分组成。
工作电压为+20V，采用高速光耦实现隔离。
其结构和工作原理如下。
（一）导通过程（二）关断过程（三）过流保护动作（一）降低过流保护的阈值在快速恢复二极管后面串接相同规格的二极管，其个数根据保护阈值而定，或者反相串接一个稳压管[2]，以保证在IGBT轻度过流时，就能发现并有效地关断。
连接电路如图2所示，。
该电路是在快恢复二极管后串联了一个3V的稳压管IN4727，以降低过流保护的阈值。
（二）VLA517内部1号和9号管脚内的稳压二极管易损问题的解决办法VLA517的管脚1和9间的稳压二极管VZ2的额定功率为0.5W，易于损坏[3]。
VZ2损坏以后，1号管脚将悬空。
通过设计外部电路，可以避免VZ2的损坏。
具体做法是在VLA517的管脚2和9之间串接一个电阻和一个稳压管，利用IN4733向IGBT的E极提供的5V电位。
这样，即使VZ1已损坏，VLA517仍然可以正常使用，只需更换VZ1即可。
如图2所示，C2和R3构成吸收回路。
图2改进后的VLA517的驱动电路图总之，通过降低过流保护阈值，确保了IGBT的安全性；通过外加电路改造了VLA517，使稳压管损坏后便于更换，因而降低了成本，使用更安全、可靠。
电力电子第2章 全控型电力电子器件b z
24/89
GTR、GTO、电力 MOSFET 和 IGBT 的特点比较表 器件 简称 GTR 名称 电力晶 体管 电气 符号 端子名 称 基极 优 点 缺 点
GTO
门极可 关断晶 闸管
1 3 2
电力场 P-MO 效应晶 SFET 体管 绝缘栅 IGBT 双极晶 体管
1 3 2
1
3
2
耐压高，电流大，开关特性 开关速度低，为电流驱动， 集电极 好，通流能力强，饱和压降 所需驱动功率大，驱动电路 低 复杂，存在二次击穿问题 发射极 阳极 电流关断增益很小，关断时 电压、电流容量大，适用于 门极负脉冲电流大，开关速 阴极 大功率场合，具有电导调制 度低，驱动功率大，驱动电 效应，其通流能力很强 路复杂，开关频率低 门极 漏极 开关速度快，输入阻抗高， 电流容量小，耐压低，一般 热稳定性好，所需驱动功率 只适用于功率不超过 10kW 源极 小且驱动电路简单，工作频 的电力电子装置 栅极 率高，不存在二次击穿问题 开关速度高，开关损耗小， 集电极 具有耐脉冲 电流冲 击的能 开 关 速 度 低 于 电 力 发射极 力，通态压降较低，输入阻 MOSFET,电压， 电流容量不 栅极 抗高，为电压驱动，驱动功 及 GTO，存在擎住效应 率小
漏源电压增加时， 漏极电流相应增加； 作为开关器件应用时， 应工作在该区域
截止区
UDS /V
UGS＜UGS(th)
雪崩区
无反向阻断能力
图2-21 电力MOSFET输出特性
UDS 过高
2)电力MOSFET的基本特征
2.转移特征
ID /A
D +
50 40 30 20 10 0 2
Tc=25o
Tc=125o
消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。
IGBT-门级驱动电路设计
4
驱动电路的具体实例
在变频电路等中，IGBT 与控制电路间必须有电绝缘。如下所示为用于这种用途的驱动电路实例。 图 7-5 为使用高速光耦合器的驱动电路。通过使用光耦合器，使输入信号与元件绝缘。另外由于光耦合器对 输出脉冲宽度没有制约，因此这种驱动电路适用于如 PWM 控制等脉冲宽度在大范围内变化的用途，现在 使用最为广泛。 另外，通过安装 2 个门极电阻，能够分别设定开通 和关断的特性。
因此，-VGE 越大，关断交换时的时间和损耗越小。
7-2
第 7 章
门极驱动电路设计方法
(4) dv/dt 误触发在-VGE 小的情况下也有发生，所以至少要设定在-5V 以上。尤其是门极配线长的情况
下要注意。
1.3
门极电阻：RG
门极电阻 RG 的数值，在说明书中用测定交换特性时的标准门极电阻值表示。请将该值当做门极电阻 RG 的大 致标准。以下说明 RG 设计时应注意的事项。
(7) 在 U 系列的 IGBT 的情况下，+VGE 越高，短路电流值越高。 (8) +VGE 越高，短路最大耐受量越小。
1.2
门极反偏压电压：-VGE（阻断期间）
门极反偏压电压-VGE 的推荐值为-5V 到-15V。下面说明-VGE 设计时应注意的事项。
(1) 请将 VGE 设计在 G-E 间最大额定电压 VGES=±20V max.的范围内。 (2) 电源电压的变动推荐在±10%范围内。 (3) IGBT 的关断特性依存于-VGE，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-VGE。
Pd (on ) = fc ⋅ Q g +V GE + C ies −V GE
1 2
1 2
IGBT手册
中国电子技术论坛电子门户应用案例频道大功率IGBT器件应用中常见问题解决方法八十年代问世的绝缘栅双极性晶体管igbt 是一种新型的电力电子器件，它综合了gtr 和mosfet的优点，控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大。
随着电压、电流等级的不断提高，igbt 成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等装置的理想功率开关器件，在电力电子装置中得到非常广泛的应用。
随着现代电力电子技术的高频大功率化的发展，开关器件在应用中潜在的问题越来越凸出，开关过程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的工作效率和工作可靠性。
为解决以上问题，过电流保护、散热及减少线路电感等措施被积极采用，缓冲电路和软开关技术也得到了广泛的研究，取得了迅速的进展。
本文就针对这方面进行了综述。
igbt 的应用领域在变频调速器中的应用spwm 变频调速系统的原理框图如图1 所示。
主回路为以igbt 为开关元件的电压源型spwm逆变器的标准拓扑电路，电容由一个整流电路进行充电，控制回路产生的spwm 信号经驱动电路对逆变器的输出波形进行控制;变频器向异步电动机输出相应频率、幅值和相序的三相交流电压，使之按一定的转速和旋转方向运转。
图1 变频调速系统原理框图在开关电源中的应用图 2 为典型的ups 系统框图。
它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器以及把直流电再变为交流电的逆变器。
蓄电池在交流电正常供电时贮存能量且维持正常的充电电压，处于“浮充”状态。
一旦供电超出正常的范围或中断时，蓄电池立即对逆变器供电，以保证ups 电源输出交流电压。
图2 ups 系统框图ups 逆变电源中的主要控制对象是逆变器，所使用的控制方法中用得最为广泛的是正弦脉宽调制(spwm)法。
在有源滤波器中的应用图3 有源滤波系统原理图并联型有源滤波系统的原理图如图3 所示。
主电路是以igbt 为开关元件的逆变器，它向系统注入反向的谐波值，理论上可以完全滤除系统中存在的谐波。
单相桥式无源逆变电路
黄石理工学院课程设计绪论电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT 等）对电能进行变换和控制的技术。
电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW 甚至GW，也可以小到数W 甚至1W 以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
此技术的应用已深入到国家经济建设，交通运输，空间技术，国防现代化，医疗，环保和人们日常生活的各个领域。
进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。
以计算机为核心的信息科学将是21 世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。
具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
通常把电力电子技术分为电力电子制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。
其中，变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。
“变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流变交流的变换。
将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，本课程设计主要介绍单相桥式无源逆变电路。
1 逆变器的性能指标与分类1.1 有源逆变的基本定义及其应用如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去。
它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方面。
1.2 无源逆变电路的基本定义及应用无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。
它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。
1.3 逆变器的性能指标1.3.1 谐波系数HF谐波系数HF 定义为谐波分量有效值同基波分量有致值之比，即U HF =nU1（1-1）式中n=1、2、3…，表示谐波次数，n=1 时为基波。
绝缘栅双极型晶体管_IGBT_驱动及保护电路的研究
文章编号:1007-6735(2004)03-0283-03 收稿日期:2004-01-05 基金项目:上海市教委青年基金资助项目(02GQ29) 作者简介:郝润科(1963-),男,副教授.绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动及保护电路的研究郝润科, 杨一波(上海理工大学电气工程学院,上海 200093)摘要:介绍了绝缘栅双极型晶体管(IG B T )模块的电气特性和对栅极驱动的要求,结合IG B T 模块的电气特性对IG B T 驱动电路和保护电路的设计进行了分析和讨论,并给出了一些典型电路以供大家参考.关键词:绝缘栅双极型晶体管;驱动;保护中图分类号:TN 386 文献标识码:AStudy on IGBT drive and protection circuitHAO Run 2ke , YANG Y i 2bo(College of Elect ric Engineering ,U niversity of S hanghai f or Science and Technology ,S hanghai 200093,China )Abstract :The electric features of IG B T and the requirement for gate drive are introduced.The analysis and discussion on the design of IG B T and protection circuit are mainly focused and some typical circuits are presented for reference.K ey w ords :I GB T ;drive ;protect 绝缘栅双极型晶体管(IG B T )是近年来发展起来的半导体器件,它集功率场效应管MOSFET 和功率晶体管GTR 的优点于一身,具有输入阻抗高、开关频率高(10～40kHz )、峰值电流容量大、自关断、低功耗和易于驱动等特点,是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件之一,被广泛用于各种电机控制驱动、不间断电源、医疗设备和逆变焊机等领域.IG B T 的驱动和保护是其应用中的关键技术,本文就此进行了较详细的研究.1 IG B T 的电气特性IG B T 是在功率MOSFET 漏区加入P +N 结构构成的,导通电阻降低到普通功率MOSFET 的1/10,其等效电路如图1所示[1,2].其中R 是厚基区调制电阻,IG B T 可认为是由具有高输入阻抗、高速MOSFET 驱动的双极型晶体管.图2(见下页)为IG B T 的电气特性(IG B T 为200A/1200V ),图2a 是集射电压U CE 与集电极电流I C 的关系,图2b 是栅极电压U GE 与集电极电流I C 的关系曲线.图1 IG B T 的等效电路Fig.1 Equivalent circuit of IG B T上海理工大学学报 第26卷 第3期J.University of Shanghai for Science and TechnologyVol.26 No.3 2004 图2 IG B T 的电气特性Fig.2 Electric feature of IG B T2 IG B T 栅极驱动2.1 驱动电压的幅值 IG B T 为电压控制器件,从其电气特性图2b 可知,当U GE ≥U GE (th )(U GE (th )为阈值电压)时,IG B T 即可开通,一般情况下U GE (th )=5～6V.由图2a 可知,当U GE 增加时,通态电压U CE 减小,通态损耗减小,IG B T 承受短路电流能力减小;当U GE 太大时,可能会引起栅极电压振荡,损坏栅极.所以,在实际应用中应折中考虑栅极电压的选取,为获得通态压降小,同时IG B T 又具有较好的承受短路电流的能力,U GE 应折中取12～15V 为宜,12V 最佳. 在需要IG B T 关断期间,为提高IG B T 的抗干扰能力及承受d i /d t 上升率能力(其中i 为电流,t 为时间),保证其可靠地关断,最好给栅射极间加5～10V 的负偏压,过大的反向偏压会造成IG B T 栅射极反向击穿.2.2 栅极串联电阻为抑制栅极脉冲前后沿陡度和防止振荡,减小开关d i /d t 和IG B T 集电极尖峰电压,应在栅极串联一个电阻R G .在选取R G 值时,应根据IG B T 电流容量和电压额定值以及开关频率选取.当R G 过大时,IG B T 的开关时间延长,开关损耗加大;R G 减小时,IG B T 的开关时间和开关损耗减小;但当R G 过小时,可导致栅源之间振荡,IG B T 集电极d i /d t 增加,引起IG B T 集电极尖峰电压,使IG B T 损坏.通常选取R G 值在几欧姆到十几欧姆之间,如10Ω、15Ω、27Ω等.2.3 栅射极并联电阻在IG B T 开通期间,其集电极会经常出现振荡电压,通过栅-集电容的联系,栅极电压也会受到影响,可能导致U GE 超过阈值电压U GE (th ),引起IG B T 误导通,而且当U GE 一旦产生过电压(IG B T 栅极耐压约20V )就会损坏IG B T.为防止这类现象的发生,可采取在栅射极之间并联稳压二极管或电阻R GE 的方法.因稳压二极管有很大的结电容,影响IG B T 的开关速度,所以并联稳压二极管的方法在IG B T 高速工作时需要增大驱动电流.3 IG B T 的保护电路3.1 过压保护 IG B T 关断时的换相过电压,主要决定于主电路的杂散电感及关断时的d i /d t .在正常工作时d i /d t 较低,通常不会造成IG B T 损坏,但在过流故障状态时,d i /d t 会迅速增大产生较高的过电压,所以应尽量减小主电路布线杂散电感,以减小因d i /d t 过大产生的过电压.可以采取的措施有:直流环节的滤波电容应靠近IG B T 模块,滤波电容至IG B T 模块的正负极连线尽量靠近;采用RCD 电路吸收过电压尖峰,而且电容和电阻均应采用无感电容和无感电阻,吸收二极管D 应为快速恢复器件,吸收电路直接连接到IG B T 的相应端子上.3.2 过电流保护当过电流小于工作电流的2倍时,可采用瞬时封锁栅极脉冲的方法来实现保护.当过电流的倍数较高时,尤其是发生负载短路故障时,加瞬时封锁栅极脉冲会使d i /d t 很大,在回路杂散电感上感应出较高的尖峰电压,RCD 吸收电路很难彻底吸收此尖峰电压.为此,在保护中应采取软关断措施使栅极电压在2～5μs 降至零电压,目前常用的IG B T 驱动模块内部均具有此过流软关断功能.482 上海理工大学学报2004年第26卷 4 驱动电路4.1 分立元件构成的驱动电路 图3是由分立元件构成的IG B T 驱动电路.光耦采用小延时高速型光耦,T 1和T 2组成图腾结构的对管(T 1、T 2选用三级管的放大倍数β>100的开关管),D Z1选用5V/1W 的稳压管.当输入信号到来时,T 2截止,T 1导通,对IG B T 施加+12V 栅极电压;当输入信号消失时,T 1截止,T 2导通,5V 稳压管为IG B T 提供反向关断电压;稳压二极管D Z2、D Z3的作用是限制加在IG B T 栅射间的电压,避免过高的栅射电压击穿栅极.此电路结构简单,可用于驱动小功率变换器中的IG BT.图3 IG B T 驱动电路Fig.3Drive circuit of IG B T4.2 驱动模块电路目前生产IG B T 的几个主要厂家都开发了与之配套的驱动模块电路.如富士的EX B 系列、东芝的T K 系列、莫托罗拉的MPD 系列和惠普HCPL 系列等.这类模块均具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定和故障信号输出的功能.应用这类模块可提高产品的可靠性能.图4是EX B841模块驱动IG B T 的应用电路[3].EX B841是日本富士公司设计的可驱动高达400A/600V 和300A/1200V 的IG B T ,最高工作频率为40kHz.内装用于高隔离电压的光耦合器,采用+20V 直流单电源供电,可产生+15V 开栅电压和-5V 关栅电压,内部装有过流检测电路和软关断电路,过流检测电路可按驱动信号与集电极电压之间的关系检测过流,当IG B T 的电流超过设定值时,软关断电路低速切断电路,保护IG B T 不被损坏.在图4中,端脚6用于监测集电极电压,从图2a 可知,当U GE 不变,通态电压U CE 随集电极电流增大而增高,所以可用检测U CE 作为过流的判断信号,当IG B T 的U CE 过高(一般达7V )时则出现过流信号,此信号经过流检测电路10μs 检查(IG B T 能抵抗10μs 短路电流),滤除其中的干扰信号,确定为过流时,端脚5信号由高电平变为低电平,光耦TL P521工作,发出过流保护输出,封锁驱动输入信号,切断IG B T.此电路在作者研制的3kW 磁阻电机调速系统中应用效果良好.图4 EX B841驱动模块应用电路Fig.4 Applied circuit of EX B841drive mode5 结束语本文介绍了IG B T 的结构和电气特性,讨论了设计IG B T 驱动电路的要求和注意事项,分析了正确选取栅极驱动电压的范围,d i /d t 对栅压的影响和应采取的措施,给出了典型驱动电路,对正确使用IG B T 具有一定的参考价值.参考文献:[1] 张立.现代电力电子技术基础[M ].北京:高等教育出版社,2000.[2] 何希才.现代电力电子技术[M ].北京:国防工业出版社,1996.[3] 郝润科,刘贵卿.开关磁阻电动机开关元件的选择与研究[J ].太原工业大学学报,1997,28(3):27～30.582 第3期郝润科等:绝缘栅双极型晶体管(IG B T )驱动及保护电路的研究 。
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EXB 系列驱动器的各引脚功能如下： 脚 1 ：连接用于反向偏置电源的滤波电容
器； 脚 2 ：电源（ ＋ 20V ）； 脚 3 ：驱动输出； 脚 4 ：用于连接外部电容器，
以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器）； 脚 5 ：过流保护输
出； 脚 6 ：集电极电压监视； 脚 7 、 8 ：不接； 脚 9 ： 电源； 脚 10 、 11 ：
不接； 脚 14 、 15 ：驱动信号输入（一，＋）； 由于本系列驱动器采用具有高隔
离电压的光耦合器作为信号隔离，因此能用于交流 3 80V 的动力设备上。
2 IGBT 通常只能承受 10us 的短路电流，所以必须有快速保护电路。 EXB 系列驱动器内
设有电流保护电路，根据驱动信号与集电极之间的关系检测过电流，其检测电路如图 2 － 66 。
所示。当集电极电压高时，虽然加入信号也认为存在过电流，但是如果发生过电流，驱动器
的低速切断电路就慢速关断 IGBT （ < loUs 的过流不响应），从而保证 1GBT 不被损坏。如果
以正常速度切断过电流，集电极产生的电压尖脉冲足以破坏 IGBT ，关断时的集电极波形如
图 2 － 6 6b 所示． IGBT 在开关过程中需要一个十 15V 电压以获得低开启电压，还需
要一个一 5V 关栅电压以防止关断时的误动作。这两种电压 （＋ 15V 和一 5V ）均可由 20v 供
电的驱动器内部电路产生，如图 2--6 6C 所示。
EXB841 剖析 为了更好地应用 IGBT ，有关专家对 EXB841 作了解剖，经反复测试、整
理，得到 EXB841 的原理图，如 图 2 － 67 所示。图中参数均为实际测得，引脚标号与实
际封装完全相同。 EXB841 由放大部分、过流保护部分和 5V 电压基准部分组成。 放
大部分由光耦合器 IS01 （ TLP550 ）、 V2 、 V4 、 V5 和 R1 、 C1 、 R2 、 R9 组成，其中 IS01 起
隔离作用， V2 是中间级， V4 和 V5 组成推挽输出。 过流保护部分
由 V1 、 V3 、 VD6 、 VZI 和 C2 、 R3 、 R4 、 R5 、 R6 、 C3 、 R7 、 R8 、 C4 等
组成。它们实现过流检测和延时保护功能。 EXB84l 的脚 6 通过快速二极管 VD7 接至 IGBT 的
集电极，显然它是通过检测电压 Uce 的高低来判断是否发生短路。 5V 电压基准
部分由 r10, VZ2 和 C5 组成，既为驱动 IGBT 提供一 5V
3 反偏压，同时也为输入光耦合器 IS01 提供副方电源。
4 IGBT对驱动电路的要求 （1）触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度，即脉冲前
后沿要陡峭； （2）栅极串连电阻Rg要恰当。Rg过小，关断时间过短，关断时产生的集
电极尖峰电压过高；Rg过大，器件的开关速度降低，开关损耗增大； （3）栅射电压要
适当。增大栅射正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利，但也会使管子承受短路电流的时间
变短，续流二极管反向恢复过电压增大。因此，正偏压要适当，通常为+15V。为了保证在
C-E间出现dv/dt噪声时可靠关断，关断时必须在栅极施加负偏压，以防止受到干扰时误开
通和加快关断速度，减小关断损耗，幅值一般为-（5～10）V； （4）当IGBT处于负载短
路或过流状态时，能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现IGBT的
软关断。驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。 当然驱动电路还要
注意像防止门极过压等其他一些问题。日本FUJI公司的EXB841芯片具有单电源、正负偏压、
过流检测、保护、软关断等主要特性，是一种比较典型的驱动电路。其功能比较完善，在国
内外得到了广泛[2,3,4]。 3 驱动芯片EXB841的控制原理 图 1 EXB841的
工作原理 图1为EXB841的驱动原理[4,5]。其主要有三个工作过程：正常开通过程、正
常关断过程和过流保护动作过程。14和15两脚间外加PWM控制信号，当触发脉冲信号施
加于14和15引脚时，在GE两端产生约16V的IGBT开通电压；当触发控制脉冲撤销时，
在GE两端产生-5.1V的IGBT关断电压。过流保护动作过程是根据IGBT的CE极间电压Uce
的大小判定是否过流而进行保护的，Uce由二极管Vd7检测。当IGBT开通时，若发生负载
短路等发生大电流的故障，Uce会上升很多，使得Vd7截止，EXB841的6脚“悬空”，B点
和C点电位开始由约6V上升，当上升至13V时，Vz1被击穿，V3导通，C4通过R7和V3
放电，E点的电压逐渐下降，V6导通，从而使IGBT的GE间电压Uce下降，实现软关断，
完成EXB841对IGBT的保护。射极电位为-5.1V，由EXB841内部的稳压二极管Vz2决定。
1234567890ABCDEFGHIJKLMNabcdefghijklmn!@#$%^&&*()_+.一三五七九贰肆陆扒拾，。青玉
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柳黄金缕笑语盈盈暗香去众里寻他千百度暮然回首那人却在灯火阑珊处