1.概述
IGBT是绝缘门极双极型晶体管的缩写。它将MOSFET和GTR的优点集于一身，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动特点；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展等综合优点，因此IGBT得到了普遍应用。驱动电路的结构和参数会对IGBT的运行性能产生显着影响)如开关时间、开关损耗、短路电流保护能力和抗dv/dt的能力等。
在开发不同频率、容量系列电源产品时，根据IGBT的型号类型和参数指标合理设计驱动电路对于充分发挥IGBT的性能是十分重要的。本文主要介绍了IR2110、M57962L、HL402、HCPL-316J和SCALE系列五种常用的集成专用驱动电路，分析了其性能特点、适用范围、工作原理、保护功能及实用电路。
2.IGBT对驱动电路的要求
IGBT栅极驱动电路应具备以下五种基本功能：(1)动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲；(2)开通时向IGBT提供合适的正向栅源电压，关断时提供足够的反向关断栅源电压；(3)必须具有足够的输入、输出电隔离能力，隔离驱动电路和主回路；(4)输入、输出信号传输延迟小；(5)出现短路、过流情况时迅速发出过流保护信号，使控制电路及时进行处理。
3.几种常用的IGBT集成电路
3.1IR2110集成电路
IR2110集成电路是国际整流器公司推出的高压浮动MOS栅极双通道驱动集成模块。采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIPl4脚封装。具有独立的低端和高端输入通道。悬浮采用自举电路，其原理为Uc电压的驱动电源从COM和VCC端接向IR2110的低压侧，然后经白举二极管和自举电容接向高压侧；自举电路的作用是保证高端输出端Ho的电位与主电路同步浮动，使上下通道共用一个驱动电源，白举电路的高端工作电压可达600V。IR2110在15V时的静态功耗仅为116mW；电源输出端电压范围为10V~20V；逻辑电源电压范围5V~15V，可以方便地与TTL或COMS电平匹配，逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；输出峰值电流为2A。
IR2110兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点，使用时需在控制电路和驱动电路之间采取必要的隔离措施,同时驱动能力仅运用于100Al600V级别，大容量时需要扩展。
IR2110缺点包括两点：(1)不具有过流检测和保护功能，需要外加电路；(2)不能产生负偏压。应用于驱动桥式电路时，由于密勒效应在开通与关断时刻容易在栅极上产生干扰，造成桥臂短路。IR2110简单的负偏压产生电路如下图所示，具体应用时可适当时行改进。
在上图中，高压侧的负偏压由C1、VD1和R1产生，R1的平均电流不小于lmA，不同的HV可选择不同的电阻值，并适当考虑其功率；低压侧由Vcc、R2、C2和VD2产生，两路负偏置约为-4.7V，可选择小电流的齐纳二极管。同时,IR2110驱动器采用下端延时电路使两通道传输延时互相配合，以简化控制脉冲的同步要求。当Vs为0V或接近0V时，执行上端通道开通指令，上、下端通道导通延时为120ns；当Vs为500V时，即Vs处于高压点或接近高压点时，上端功率场效应管处于“通”之后，执行关断指令，上、下端通道关断延时为94ns。
3.2M57962L光耦驱动器
M57962L是日本三菱公司生产的IGBT专用驱动厚膜集成电路，内部原理示意图如下图所示，
其实质是一个隔离型放大器。它由光耦合器、接口电路、检测电路、定时复位电路以及门关断电路组成。电源接通后首先白检，检测IGBT是否过载或短路，若过载或短路则IGBT的C极电位升高，经外接二极管流入检测电路的电流增加，栅极关断电路动作，切断IGBT的栅极驱动信号，同时8脚输出高电平“过载/短路”指示信号。IGBT正常工作时，输入信号经光电耦合、接口电路、再经驱动级功率放大后驱动IGBT。
M57962L主要特点：(1)高速输入/输出隔离，绝缘强度为2500VAC/min；(2)采用双电源供电方式，确保IGBT可靠通断；(3)内部有定时逻辑短路保护电路，同时具有延时保护特性；(4)输入端为TTL门电平，适用于单片机控制；(5)M57962L可驱动600A/600V或400A11200V的IGBT模块。
M57962L内部具有短路保护功能，保护电路工作原理为：检测电路检测到输入端(1)脚的电平为15V高电平时，判定为电路短路，立即启动门关断电路；然后将输出端(5)脚置低电平，同时输出误差信号，故障输出端(8)脚为低电平，以驱动外接保护电路工作。经lms~2ms延时后，如果检测出输入端(8)脚为高电平，则M57962L复位至初始状态。使用中应注意电源电压不得超过极限参数，以避免频繁开关电源，以保证器件的安全可靠工作。
3.3HL402厚膜驱动电路
HL402A(B)是陕西高科电力电子有限责任公司生产的厚膜产品，内部含有一个具有静电屏蔽层的高速光耦合器，具有抗干扰能力强、响应速度快、信号隔审电压高等优点。HL402的输出驱动电压幅值较高，其正向电压可达15V~17V，负向驱动电压可达10V~12V，适合于驱动150A12OOV功率等级的IGBT。
HL402具有先降栅压、后软关断的双重保护功能，降栅压延迟时间和软关断斜率均可通过用户外接的电容器进行人工调节，因而能适应不同饱和压降IGBT的驱动和保护。在软关断及降栅压的同时还将输出报警信号，实现对封锁脉冲或分断主回路的保护。HL402的典型接线图如下图所示。
3.4HCPL-316J集成驱动芯片
HCPL-316J芯片可直接驱动150A112OOV以下的IGBT模块，最大开关速度为500ns，具有短路、欠压保护及软关断功能，适合外接功率放大去驱动更大功率的IGBT模块。该芯片还具有驱动信号光电隔离功能，是中小功率IGBT模块性价比较高的驱动电路。
应用HCPL-316J芯片扩展驱动电流的电路图如下图所示，
应用MJD44H11HE和MJD45H11配对可以将驱动电流扩展到8A；应用D44VH1O和45H1O配对，可以将驱动电流扩展到15A。为更好的实现IGBT慢关断，在Vout和VEE之间加一10Ω电阻、1OnF电容；二极管D传导正向电流，用于检测IGBT导通时的饱和压降Vce(sat)；关断时，阻断主电路的高压。在IGBT关断期间，IGBT的C-E极间通常有较高的dVce/dt，使C-E极间脉冲电容开始充电，为避免由于充电电流引起的误触发，D二极管最好使用快恢复二极管。
3.5SCALE驱动板系列
SCALE集成驱动器由瑞士Concept公司生产，可驱动和保护IGBT或电力MOSFET专用集成驱动模块。SCALE驱动器有直接和半桥两种工作模式，提供的驱动电流可达18A，输出驱动信号的导通电平为15V，关断电平为-15V；开关频率可达1OOkHz，具有500kV~1OkV的电气隔离特性；占空比为O~100%；器件内部带有短路保护、过电流保护电路、隔离的状态识别电路、电源检测电路和DC/AC开关电源电路。
SCALE系列驱动器的主要型号和驱动能力如下下表所示：
| 型号 | 驱动单元 | 驱动电流 | 驱动电压 |
| 25D10A1 | 可驱动两单元 | 400A | 1200V |
| 25D106Al-17 | 可驱动两单元 | 400A | 1700V |
| 25D315Al | 可驱动两单元 | 1200A | 1700V |
| 25D106El | 可驱动六单元 | 400A | 1200V |
| 25D106El-17 | 可驱动六单元 | 400A | 1700V |
SCALE驱动器的工作模式由选择端MOD决定，MOD外接高电平VCC时为直接工作模式，MOD端接地时为半桥工作模式。
在直接工作模式下，驱动器的两路输出信号相互之间没有任何逻辑联系。InA和InB分别为两个通道的输入，SO1和SO2分别是两个通道的工作状态输出端，这种工作模式下死区时间设置端RC1和RC2同时接地。半桥模式工作时，驱动器同时驱动一个桥臂上的2个IGBT，此时可通过外接RC电路设置需要的死区时间。
半桥工作模式下的电路如下图所示，
驱动器通过RCI和RC2的外接电路直接产生从1OOns到几个微秒的死区时间。
MOD输入端接地，InA输入PWM信号，InB输入使能信号。同时2个状态的输出端SO1和SO2连接在一起，2个驱动通道输出同一故障信号。
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