利用2SD315AI設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)大功率IGBT原理

引言

IGBT常用的驅(qū)動(dòng)模塊有TLP250，以及EXB841/840系列的驅(qū)動(dòng)模塊。但在燃料電池城市客車DC/DC變換器的研制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于車載DC/DC變換器常常工作在大功率或超大功率的狀態(tài)中，而處在這種狀態(tài)下的IGBT瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)電流大，要求可靠性要高，使得傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路已經(jīng)不能滿足其使用要求，經(jīng)過(guò)研究分析，選用瑞士CONCEPT公司生產(chǎn)的用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)IGBT或功率MOSFET的專用集成驅(qū)動(dòng)模塊2SD315A作為大功率IGBT(800A/1200V)的驅(qū)動(dòng)器件，該驅(qū)動(dòng)器集成了智能驅(qū)動(dòng)、自檢、狀態(tài)反饋、DC/DC電源及控制部分與功率部分完全隔離等功能于一體。經(jīng)過(guò)車載90kW DC/DC變換器實(shí)際道路工況運(yùn)行實(shí)驗(yàn)表明，效果良好。

IGBT的驅(qū)動(dòng)要求

IGBT的驅(qū)動(dòng)要求與其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)，即柵極的正偏壓、負(fù)偏壓和柵極電阻的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力、開(kāi)關(guān)管C、E極問(wèn)電壓的變換率等都有不同程度的影響。其開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向柵極電壓消除溝道，流過(guò)反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。根據(jù)這樣的特性，針對(duì)它的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該滿足：

·IGBT是電壓型驅(qū)動(dòng)，具有2.5～5V的閾值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此，IGBT對(duì)柵極電荷非常敏感，需要有一條低阻抗值的放電回路，即驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的連線要盡量短。

·用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓Vge有足夠陡的前后沿，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開(kāi)通后，柵極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)能夠提供足夠的功率使IGBT
處于飽和狀態(tài)，否則IGBT容易遭到損壞。

·當(dāng)驅(qū)動(dòng)電平+Vge增大時(shí)，IGBT通態(tài)壓降和開(kāi)關(guān)損耗均下降，但負(fù)載短路時(shí)的Ic增
大，IGBT能承受短路電流的時(shí)間減小，對(duì)其安全不利。

·在關(guān)斷過(guò)程中，為盡快抽取PNP管的存儲(chǔ)電荷，須施加一負(fù)偏Vge，但它受IGBT的G、
E間最大反向耐壓限制。

·IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)簡(jiǎn)單實(shí)用，最好自身帶有對(duì)IGBT的保護(hù)功能，有較強(qiáng)的抗干
擾能力。

·由于IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高壓場(chǎng)合，故驅(qū)動(dòng)電路與控制電路在電位上應(yīng)嚴(yán)
格隔離。

2SD315A驅(qū)動(dòng)模塊

2SD315A模塊能夠驅(qū)動(dòng)1200A/1200V的IGBT，DC的開(kāi)關(guān)頻率高于100kHz，可通過(guò)±15A的門極電流，實(shí)現(xiàn)0-100％的占空比調(diào)節(jié)。此外，具有完善的對(duì)于電源、電流的狀態(tài)監(jiān)測(cè)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于模塊以及功率開(kāi)關(guān)管的保護(hù)；該驅(qū)動(dòng)模塊分為接口單元、電氣隔離、驅(qū)動(dòng)單元等幾個(gè)部分，每個(gè)驅(qū)動(dòng)通道都把控制回路和主功率回路進(jìn)行了電氣隔離，如圖1所示。