IGBT因其飽和壓降低和工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)而成為大功率開關(guān)電源等電力電子裝置的首選功率器件，但I(xiàn)GBT和晶閘管一樣，其抗過載能力不高〔1-2〕。因此，如何設(shè)計(jì)IGBT的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路，使之具有完善的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)功能，是設(shè)計(jì)者必須考慮的問題。本文從應(yīng)用角度，歸納、總結(jié)了IGBT的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法。
1、驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)原則
IGBT的技術(shù)資料表明，IGBT在10μS內(nèi)最大可承受2倍的額定電流，但是經(jīng)常承受過電流會(huì)使器件過早老化〔3〕，故IGBT的驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)原則為：一、當(dāng)過電流值小于2倍額定電流值時(shí)，可采用瞬時(shí)封鎖柵極電壓的方法來實(shí)現(xiàn)保護(hù)；二、當(dāng)過電流值大于2倍額定電流值時(shí)，由于瞬時(shí)封鎖柵極電壓會(huì)使di/dt很大，會(huì)在主回路中感應(yīng)出較高的尖峰電壓，故應(yīng)采用軟關(guān)斷方法使柵極電壓在2μS—5μS的時(shí)間內(nèi)降至零電壓〔4〕，至最終為-5伏的反電壓；三、采用適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動(dòng)電壓。基于上述思想，驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路現(xiàn)分為分離元件驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路和模塊驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路。
2、驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
2、1 分離元件驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路
以多電源驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路為例，分離元件驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路〔5〕如圖1。圖1中，T1、T4和T5構(gòu)成IGBT的驅(qū)動(dòng)電路，DZ1、T3、D2、C4構(gòu)成延時(shí)降壓電路。T6、555集成電路和光耦LP2構(gòu)成延時(shí)電路。在正常開通時(shí)，T1和T4導(dǎo)通，由于D1和R6的作用，B點(diǎn)電路不會(huì)超過DZ1擊穿電壓，此時(shí)T3截止，D點(diǎn)電位不會(huì)下降，延時(shí)電路不延時(shí)，T2截止。當(dāng)IGBT流過短路電流時(shí)，IGBT的集射極壓降上升，此時(shí)C點(diǎn)電位上升，上升時(shí)間t1由式（1）求得〔6〕。
式（1）中，VCC是電源電壓，單位為伏特；V1是DZ1擊穿電壓，單位為伏特；τ2=R2×C2，為時(shí)間常數(shù)，單位為秒；VC2為電容C2的初始電壓，單位為伏特。
當(dāng)C點(diǎn)電位上升到DZ1的擊穿電壓時(shí)，T3導(dǎo)通，C4放電，D點(diǎn)電位下降，即F點(diǎn)和G點(diǎn)電位下降，IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電壓下降。同時(shí)，光耦LP2導(dǎo)通，延時(shí)電路開始計(jì)時(shí)，此計(jì)時(shí)時(shí)間t2由式（2）求得〔6〕。
式（2）中，VCC是電源電壓，單位為伏特；V2是555翻轉(zhuǎn)電平，單位為伏特；τ2=（R14+R15）×C5，為時(shí)間常數(shù)，單位為秒；VC5為電容C5的初始電壓，單位為伏特。
如果過流故障在555計(jì)時(shí)時(shí)間t2內(nèi)消除，則C點(diǎn)電位下降恢復(fù)到原來值，DZ1、T3立即截止，同時(shí)C4開始充電，F(xiàn)點(diǎn)和G點(diǎn)電位上升，IGBT的柵極電壓恢復(fù)到原來的正常值，IGBT繼續(xù)正常工作；如果在555計(jì)時(shí)時(shí)間t2內(nèi)過流故障還沒有消除，則555輸出高電平，經(jīng)T7、CD4043和CD4081驅(qū)動(dòng)光耦LP1，使A點(diǎn)電位下降并保持，T1截止，T5導(dǎo)通，IGBT的柵射極電壓最終為-5伏，導(dǎo)致IGBT截止，從而實(shí)現(xiàn)延時(shí)緩降壓過流保護(hù)。其從發(fā)生過流故障到徹底關(guān)斷IGBT所需的總時(shí)間t為
t=t1+t2（3）
式（3）中，t、t1和t2的單位都是秒。
此外，單電源驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路的原理與上述多電源驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路類似，可參閱文獻(xiàn)〔7〕。
還應(yīng)注意〔8〕：（1）選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)電壓值；正電壓值一般在12V—15V為宜，12V最佳，反向電壓一般在5V—10V；
（2）選擇合適的柵極串聯(lián)電阻值，一般選幾歐姆到十幾歐姆；
（3）選擇合適的柵射極并聯(lián)電阻值或穩(wěn)壓二極管。
從上述分析可知，分離元件驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路復(fù)雜，但設(shè)計(jì)靈活。
