利用2SD315AI設(shè)計的驅(qū)動大功率IGBT原理

引言

IGBT常用的驅(qū)動模塊有TLP250，以及EXB841/840系列的驅(qū)動模塊。但在燃料電池城市客車DC/DC變換器的研制過程中發(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瞬時驅(qū)動電流大，要求可靠性要高，使得傳統(tǒng)的驅(qū)動電路已經(jīng)不能滿足其使用要求，經(jīng)過研究分析，選用瑞士CONCEPT公司生產(chǎn)的用于驅(qū)動和保護IGBT或功率MOSFET的專用集成驅(qū)動模塊2SD315A作為大功率IGBT(800A/1200V)的驅(qū)動器件，該驅(qū)動器集成了智能驅(qū)動、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)過車載90kW DC/DC變換器實際道路工況運行實驗表明，效果良好。

IGBT的驅(qū)動要求

IGBT的驅(qū)動要求與其靜態(tài)和動態(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IGBT的通態(tài)電壓、開關(guān)時間、開關(guān)損耗、承受短路能力、開關(guān)管C、E極問電壓的變換率等都有不同程度的影響。其開關(guān)作用是通過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，流過反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。根據(jù)這樣的特性，針對它的驅(qū)動電路應(yīng)該滿足：

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

·用內(nèi)阻小的驅(qū)動源對柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓Vge有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開通后，柵極驅(qū)動源應(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)動電平+Vge增大時，IGBT通態(tài)壓降和開關(guān)損耗均下降，但負(fù)載短路時的Ic增
大，IGBT能承受短路電流的時間減小，對其安全不利。

·在關(guān)斷過程中，為盡快抽取PNP管的存儲電荷，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)動電路應(yīng)簡單實用，最好自身帶有對IGBT的保護功能，有較強的抗干
擾能力。

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

2SD315A驅(qū)動模塊

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