MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)電路

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)電路 功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電路 功率MOSFET是場(chǎng)控型電力電子器件，它與前述SCR及GTO等電流掌握型器件不同，門(mén)極為柵極，輸入阻抗很高，驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)潔得多。另外，由于MOSFET結(jié)電容形成的極間電容較大，因此MOSFET的柵極輸入端相當(dāng)于一個(gè)電容性負(fù)載，在管子導(dǎo)通時(shí)需要注入肯定的電容充電電流，在導(dǎo)通后由于電場(chǎng)已建立，就不再需要驅(qū)動(dòng)電流了。 功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路有多種形式，以驅(qū)動(dòng)電路與柵極的連接方式來(lái)分，有直接驅(qū)動(dòng)與隔離驅(qū)動(dòng)兩種。 柵極直接驅(qū)動(dòng)電路是最簡(jiǎn)潔的一種形式，由于功率MOSFET的的輸入阻抗很高，所以可以

2、用TTL器件或CMOS器件直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圖1是兩種直接驅(qū)動(dòng)的柵控電路。 圖1 圖1（a）所示柵控電路是利用晶體管T的放大作用，使充電電流放大，加快了電場(chǎng)的建立，提高了MOSFET的導(dǎo)通速度。而圖1（b）是推挽式直接驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)晶體管T1和T2都使信號(hào)放大，提高了電路的工作速度，同時(shí)它們是作為射極輸出器工作的，所以不會(huì)消失飽和狀態(tài)，因此信號(hào)的傳輸無(wú)延遲。 柵極隔離驅(qū)動(dòng)方式分電磁式隔離和光電式隔離，由此構(gòu)成兩類(lèi)不同的柵極驅(qū)動(dòng)電路。其中用脈沖變壓器隔離的柵極驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。 圖2 圖2中的輸入信號(hào)為高電平（on）時(shí)，T1導(dǎo)通，脈沖變壓器的次邊輸出正脈沖，使T2導(dǎo)通，T3也立即導(dǎo)通。T3的導(dǎo)通又

3、保證T2在輸入正脈沖時(shí)連續(xù)保持導(dǎo)通，所以T4也導(dǎo)通，從而MOSFET被牢靠開(kāi)通。當(dāng)輸入信號(hào)為低電平（off）時(shí)，T1截止，脈沖變壓器輸出負(fù)脈沖，所以T2、T3、T4都相繼截止。這時(shí)因T5的放射極上有MOSFET的輸入電容電壓，而T5的基極經(jīng)R4加有負(fù)脈沖，所以T5馬上導(dǎo)通，從而使功率MOSFET關(guān)斷。 IGBT柵控電路的基本要求 對(duì)IGBT柵控電路的基本要求可以歸納為下列幾點(diǎn)： 1供應(yīng)肯定的正向和反向驅(qū)動(dòng)電壓，使IGBT能牢靠地開(kāi)通和關(guān)斷。 2供應(yīng)足夠大的瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)功率或瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)電流，使IGBT能準(zhǔn)時(shí)快速地建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通。 3具有盡可能小的輸入、輸出延遲時(shí)間，以提高工作頻率。 4足夠高的輸入

4、輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。 5具有靈敏的過(guò)電流愛(ài)護(hù)力量。 IGBT器件與MOSFET器件一樣，也是場(chǎng)控型器件，輸入阻抗很高，但對(duì)于大功率IGBT，由于有相當(dāng)大的輸入電容，所以柵控電路應(yīng)有足夠大的正向電壓和輸出力量。柵極負(fù)偏壓對(duì)IGBT的關(guān)斷特性影響不大，但對(duì)于用在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的逆變器電路中，為了使IGBT能穩(wěn)定牢靠地工作，還需要負(fù)偏壓。同時(shí)柵極負(fù)偏壓還能夠防止IGBT在過(guò)大的dv/dt下發(fā)生誤觸發(fā)。 IGBT柵控電路中的柵極電阻RG對(duì)它的工作性能影響較大，取較大的RG，對(duì)抑制IGBT的電流上升率及降低元件上的電壓上升率都有好處。但若RG過(guò)大，就會(huì)過(guò)分延長(zhǎng)IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間，

5、使開(kāi)關(guān)損耗加大，這對(duì)高頻的應(yīng)用場(chǎng)合是很不利的。而過(guò)小的RG會(huì)使di/dt太大而引起IGBT的不正?；驌p壞，所以正確選擇RG的原則是應(yīng)在開(kāi)關(guān)損耗不太大的狀況下，選擇略大的RG。RG的詳細(xì)數(shù)值還與柵控電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)形式及IGBT的電壓、電流大小有關(guān)，大致在數(shù)歐姆到數(shù)十歐姆左右。 為了使柵極驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)電路隔離，應(yīng)采納抗噪音力量強(qiáng)、信號(hào)傳輸時(shí)間短的光耦合器件。另外，IGBT的門(mén)極與放射極之間的引線應(yīng)盡量短，并且這兩根引線應(yīng)當(dāng)絞合后使用，以削減柵極電感和干擾信號(hào)的進(jìn)入。 IGBT集成驅(qū)動(dòng)電路 集成化模塊構(gòu)成的IGBT柵控電路因其性能牢靠、使用便利，從而得到了普遍應(yīng)用，也是驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)展方向。 各大公

6、司均有不同系列的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，其基本功能類(lèi)似，各項(xiàng)掌握性能也在不斷提高。 例如富士公司的EXB系列驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部帶有光耦合器件和過(guò)電流愛(ài)護(hù)電路，它的功能如圖3所示。 圖3 EXB系列驅(qū)動(dòng)模塊與IGBT之間的外部接口電路如圖4所示。驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)外接晶體管的放大，由管腳14和管腳15輸入模塊。過(guò)電流愛(ài)護(hù)信號(hào)由測(cè)量反映元件電流大小的通態(tài)電壓vCE 得出，再經(jīng)過(guò)外接的光耦器件輸出，過(guò)電流時(shí)使IGBT馬上關(guān)斷。二只33uF的外接電容器用于汲取因電源接線所引起的供電電壓的變化。管腳1和管腳3的引線分別接到IGBT的放射極E和門(mén)極G，引線要盡量短，并且應(yīng)采納絞合線，以削減對(duì)柵極信號(hào)得到干擾。圖中D為快速恢復(fù)二極管。 圖4 由于IGBT在發(fā)生短路后是不允許過(guò)快地關(guān)斷，由于此時(shí)短路電流已相當(dāng)大，假如馬上過(guò)快關(guān)斷會(huì)造成很大的di/dt，這在線路分布電感的作用下會(huì)在IGBT上產(chǎn)生過(guò)高的沖擊