IGBT栅极驱动电路的优化设计

IGBT与P-MOSFET虽同属电压驱动器件，但根据IGBT的特性，其对驱动电路有特殊要求。IGBT栅极驱动电路的正偏压u_GE、负偏压-u_GE和栅极电阻R_G的大小对IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力及du/dt、电流等参数都有不同程度的影响。栅极正偏压u_GE的变化对IGBT开通特性、负载短路能力和du_CE/dt位移电流有较大影响，而栅极负偏压则对关断特性的影响较大。在栅极电路的设计中，必须注意开通特性、负载短路能力和由du_CE/dt位移电流引起的误触发等问题。

1.IGBT对栅极驱动电路的要求

1）由于IGBT是容性输入阻抗，因此其对栅极电荷集聚很敏感，驱动电路必须很可靠，要保持有一条低阻抗值的放电回路。

2）用低内阻的电源对栅极电容充放电，以保证栅极电压u_GE有足够陡峭的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，栅极驱动电源应提供足够的功率，使IGBT不致退出饱和而损坏。

3）栅极电路中的正偏压应为12～15V；负偏压应为-10～-2V。

4）IGBT多用于高压场合，故驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离。

5）驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。

6）若为大电感性负载，IGBT的关断时间不宜过短，以限制di/dt所形成的尖峰电压，以保证IGBT的安全。

2.IGBT栅极驱动电路

在满足上述驱动条件的前提下，可设计IGBT的栅极驱动电路。由于IGBT的输入特性几乎和P-MOSFET相同，所以用于P-MOSFET的驱动电路原则上可用于IGBT。但IGBT栅极驱动电路必须提供正、负偏置，由双电源供电，同时进行必要的隔离。图1-48是两种典型的IGBT栅极驱动电路。

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图1-48 两种典型的IGBT栅极驱动电路

用于驱动电动机的逆变器电路中，为使IGBT能够稳定地工作，要求IGBT的驱动电路采用正、负偏压双电源的工作方式。为使栅极驱动电路与信号电路隔离，应采用抗噪声能力强、信号传输时间短的光耦器件。栅极和发射极的引线应尽量短，栅极驱动电路的输出线应为绞合线。

近年来，大多数IGBT生产厂家为了解决IGBT的可靠性问题都生产与其相配套的混合集成驱动电路。如日本富士的EXB系列、东芝的TK系列、三菱的M579XX系列、美国摩托罗拉的MPD系列等。这些专用驱动电路抗干扰能力强、集成化程度高、速度快、保护功能完善，可实现IGBT的最优控制。

下面介绍目前较广泛使用的EXB系列集成模块。该专用模块比分立元器件组成的驱动电路更可靠，效率更高。图1-49所示为EXB系列集成模块内部框图。EXB系列各引脚的功能见表1-11。

图1-49 EXB系列集成模块内部框图

a）EXB850，851（标准型） b）EXB840，841（高速型）

表1-11EXB系列各引脚的功能