陳啟明 楊帆 王端 宋耀東

【摘要】IGBT具有開關(guān)速度快、柵極驅(qū)動電流小、驅(qū)動功率大等特點得到廣泛應(yīng)用。針對 IGBT 驅(qū)動的實際要求，介紹了IGBT工作特性，并利用M57962L設(shè)計出一種適用的IGBT驅(qū)動電路。

【關(guān)鍵詞】M57962L;IGBT;驅(qū)動;電路

ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers.IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the MOSFET fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.

KEY WORDS：M57962L;IGBT;drive;circuit

引言

IGBT是一種新型功率器件，即絕緣柵極雙極集體管（Isolated Gate Bipolar Transistor），是上世紀(jì)末出現(xiàn)的一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式電力電子器件。它將GTR和MOSFET的優(yōu)點集于一身：輸入阻抗高，開關(guān)頻率高，工作電流大等，在變頻器、開關(guān)電源、弧焊電源等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用[1]。

IGBT具有一個2.5V～5.0V的閥值電壓，有一個容性輸入阻抗，因此IGBT對柵極電荷集聚很敏感。故驅(qū)動電路必須可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，同時驅(qū)動電源的內(nèi)阻一定要小，即柵極電容充放電速度要快，以保證VGE有較陡的前后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量要小。

在IGBT承受短路電流時，如果能及時關(guān)斷它，則可以對IGBT進行有效保護。識別IGBT是否過流的方法之一，就是檢測其管壓降VCE的大小。IGBT在開通時，若VCE過高則發(fā)生短路，需立即關(guān)斷IGBT。在過流關(guān)斷IGBT時，由于IGBT中電流幅度大，若快速關(guān)斷時，必將產(chǎn)生過高，在IGBT兩端產(chǎn)生很高的尖峰電壓，極易損壞IGBT，因此就產(chǎn)生了“軟慢關(guān)斷”方法。M57962L驅(qū)動電路就是依照上述理論進行設(shè)計的。

1.驅(qū)動芯片M57962L簡介

M57962L是日本三菱公司生產(chǎn)的專用驅(qū)動IGBT模塊的驅(qū)動器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。它由光藕合器、接口電路、檢測電路、定時復(fù)位電路以及門關(guān)斷電路組成。

圖1 驅(qū)動芯片M57962L內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖

M57962L主要有以下特點：（1）具有較高的輸人輸出隔離度（VISO=2500Vrms）;（2）采用雙電源供電方式，以確保IGBT可靠通斷;（3）內(nèi)有短路保護電路;（4）輸人端為TTL門電平，適于單片機控制[2]。

1.1 引腳排列及主要性能參數(shù)

M57962L驅(qū)動器的印刷電路及外殼用環(huán)氧樹脂封裝，公有14根引腳，其中②，③，④，⑦，⑨，⑩為空腳，其外型與引腳排列如圖2所示。

M57962L的主要參數(shù)列于表1中。

1.2 保護工作原理

M57962L內(nèi)部具有短路保護功能，其保護電路工作流程圖如圖3所示。檢測電路檢測到檢測輸人端①腳為15V高電平時，判定為電路短路，立即啟動門關(guān)斷電路，將輸出端⑤腳置低電平，同時輸出誤差信號使故障輸出端⑧腳為低電平，以驅(qū)動外接保護電路工作。經(jīng)1-2ms延時，如果檢測出輸人端 腳為高電平，則M57962L復(fù)位至初始狀態(tài)。

圖2 驅(qū)動芯片M57962L引腳圖

表1 M57962L的主要參數(shù)

圖3 M57962L保護工作原理

2.M57962L應(yīng)用電路

圖4 IGBT驅(qū)動電路

電源去耦電容C2～C7采用鋁電解電容器，容量為100μF/50V，R1阻值取1kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1kΩ，電源采用正負(fù)15V電源模塊分別接到M57962L的4腳與6腳，邏輯控制信號IN經(jīng)13腳輸入驅(qū)動器M57962L。雙向穩(wěn)壓管Z1選擇為9.1V，Z2為18V，Z3為30V，防止IGBT的柵極、發(fā)射極擊穿而損壞驅(qū)動電路，二極管采用快恢復(fù)的FR107管。

3.雙極性圖騰柱驅(qū)動器

使用M57962L，必須選擇合適的驅(qū)動電阻。為了改善柵極控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減小集電極電流的上升率，需要在柵極回路中串聯(lián)電阻RG，若柵極電阻過大，則IGBT的開通與關(guān)斷能耗均增加;若柵極電阻過小則使過大可能引發(fā)IGBT的誤導(dǎo)通，同時RG上的能耗也有所增加。所以選擇驅(qū)動電阻阻值時，要綜合考慮這兩方面的因素，并防止輸出電流IOP超過極限值5A，RG的選取可以依據(jù)公式[3]：

對大功率的IGBT模塊來說，RGMIN數(shù)值一般按下式計算：

這是因為對于大功率的IGBT模塊，為了平衡模塊內(nèi)部柵極驅(qū)動和防止內(nèi)部的振蕩，模塊內(nèi)部的各個開關(guān)器件都會包含有柵極電阻器，數(shù)值視模塊種類不同而不同，一般在0.75～3Ω之間，而f的數(shù)值則依靠柵極驅(qū)動電路的寄生電感和驅(qū)動器的開關(guān)速度來決定，所以獲得的最佳辦法就是在改變 RG時監(jiān)測IOP，當(dāng)IOP達到最大值時，RG達到極限值。

但在使用中應(yīng)注意，RG不能按前面的公式計算，而要略大于。如果 RG過小會造成IGBT柵極注入電流過大，使IGBT飽和，無法關(guān)斷，即在驅(qū)動脈沖過去的一段時間內(nèi)IGBT仍然導(dǎo)通。本設(shè)計中要驅(qū)動IGBT為大電流的功率器件，所以在選擇RG時綜合上述的要求，選取RG為3.5Ω。

4.結(jié)論

IGBT具有開關(guān)速度快、柵極驅(qū)動電流小、驅(qū)動功率大等特點得到廣泛應(yīng)用。針對 IGBT 驅(qū)動的實際要求，介紹了IGBT工作特性，并利用M57962L設(shè)計出一種適用的IGBT驅(qū)動電路。

參考文獻

[1]藍宏，等.大電流高頻IGBT用M57962L驅(qū)動能力解決方案研究[J].研究與應(yīng)用，2006，30（2）：35-37.

[2]田穎，陳培紅，等.交流逆變器中IGBT的驅(qū)動與保護[J].電器開關(guān)，2007，6（1）：73-75.

[3]王毅，等.IGBT專業(yè)驅(qū)動器M57962L[J].器件與元件，2007，28（3）：160-163.