ＩＧＢＴ强驱动电路的设计
曹芳磊，孙奉娄
（中南民族大学电子信息工程学院，湖北武汉４３００７４）
摘
要：根据脉冲渗碳电源要求，设计一种具有高可靠性、信号传榆无延迟、驱动½力强等特点的ＩＧＢＴ强驱动电路，详
细分析了工½原理，并对电路测试中出现的电流尖峰进行了抑制。在此基础上得出几个主要½响驱动电路的因素。实际用
于大功率ＩＧＢＴ桥电路驱动，工½稳定可靠。结果表明，所设计的电路结构简单，驱动½力强，可靠性高，且对用变压器驱动
大功率全桥电路有通用性。
关键词：变压器隔离；驱动电路；ＩＧＢＴ桥；尖峰抑制
中图分类号：ＴＮ７１０－３４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—３７３Ｘ（２０１０）１９—０１８３．－０３
Ｄ½½½½½ ½½ Ｒ½½½½½½½
ＩＧＢＴ
Ｄ½½½½½½
Ｃ½½½½½½
ＣＡＯ Ｆ½½½—½½½，ＳＵＮ Ｆ½½½－½½½
（Ｃ½½½½½½ ½½ Ｅ½½½½½½½½½½ ½½½ Ｉ½½½½½½½½½½ Ｅ½½½½½½½½½½．Ｓ½½½½－Ｃ½½½½½½
Ｕ½½½½½½½½½ ½½½
Ｎ½½½½½½½½½½½½．Ｗ½½½½－４３００７４，Ｃ½½½½）
½½½½½½½ ½½½½½½½ ＩＧＢＴ ½½½½ ½½½½－½½½½½½½½½½½，
½½½½½½½
Ａ½½½½½½½：Ａ½½½½½½½½
½½
½½½ ½½½½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½½½½½½½ ½½½½½ ½½½½½，½
½½½½½½
½½½½½½ ½½½½½½½½½½½½ ½½½½½½½ ½½½½½ ½½ ½½½½½½½½，½½½ ½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½½½½ ½½ ½½½½½½，½½½ ½½½½
½½½½½½½½½½．Ｓ½½½½½½
½½½½½
½½½½½½½ ½½½½ ½½½½½½ ½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½
½½½
½½ ½½½½½½½
½½½½
½½
½½½½½½．Ｔ½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½ ½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½
½½½½½．Ｔ½½ ½½½½½½½ ½½½½ ½½½½ ½½½ ½½½½½½½½ ½½½½½½½ ½½½ ½½½½½½ ½½½½½½½½½，½½½½ ½½½½½½½ ½½½½½½½½½½ ½½½ ½½½½ ½½½½½½½½½½½．Ｉ½ ½½½ ½½½—
½½½½½½½½½
½Ｏ
½½½½½ ½½½ ½½½½ ½½½½½ ½½½½－½½½½½½ ½½½½½½½ ½½½½
½½½½½½½½½½½．
Ｋ½½½½½½½：½½½½½½½½½½½－½½½½½½½½；½½½½½½ ½½½½½½½；ＩＧＢＴ ½½½½½½；½½½½½½½ ½½½½ ½½½½½½½½½½½
在脉冲电源中，驱动电路的½坏直接关系到逆变器
½否正常工½［１½。½的驱动电路首先要保证开关管安
全，其次还要½开关管具有较小的损耗。这两者之间又
是矛盾的。因为由功率开关元件引起的损耗主要是开
关损耗（开通损耗和关断损耗）［２½。开关损耗与驱动脉
冲信号的上升沿陡度和下降沿陡度有很大关系。下降
沿和上升沿越陡，相应的开关损耗就越小，即电压和电
流重迭的时间越短Ｅ３½。½是较陡的上升沿和下降沿又
会产生过大冲击电流和电压尖峰，威胁开关管的安全工
½。因此要实现电源安全且高效率的工½，就要抑制或
吸收这些电流和电压尖峰。这里给出了一种变压器驱
动的大功率ＩＧＢＴ模块电路，它既具有较强的驱动½
力，又½很½地吸收电压和电流尖峰。
１
而简洁、不附加驱动电源等。综合考虑以上要求，采用
变压器隔离全桥驱动电路，其电路如图½所示。
图１中两个桥臂各选用一个Ｎ—ＭＯＳＦＥＴ和一个
Ｐ—ＭＯＳＦＥＴ。两路ＰＷＭ控制信号１或２为高电平时，
即１为高电平，２为½电平，Ｑ，和Ｑ４关断，Ｑ。和Ｑ３导
通，Ｑ；开通。此时，Ｑ２，Ｑ３和Ｔ，的原边绕组就½成通
路，脉冲电压加在Ｔ，的原边，相应的次边会得到驱动
脉冲信号。１，２½为½电平时，Ｑ。，Ｑ：会同时导通，Ｔ。
原边被短路，则次边无脉冲输出［５½。ＭＯＳＦＥＴ具有开
通电阻小，响应快，½提供很大的瞬时开启ＩＧＢＴ所需
的电流，可以保证驱动脉冲有较陡的上升沿和下降
沿［６½。需要说明的是，此渗碳脉冲电源的输出脉冲控制
芯片采用ＵＣ３８２５，属于峰值电流控制型芯片，自身具
有防偏磁的½力口½，无需加隔直电容来防止偏磁；相反，
驱动电路的分析及此种驱动电路存在问题
在中频脉冲渗碳电源中，½快速进行过流保护是至
½加隔直电容时，出现两路ＰＷＭ控制信号不½同时关
闭的问题，在去掉此隔直电容后，问题消失。因此，在½
用隔直电容防偏磁时，要注意所用芯片的控制模式。
上面给出的驱动电路½然解决了驱动信号无延时
传输和提供了有较陡上升沿和下降沿的驱动脉冲，½又
出现了驱动脉冲的上升沿有过冲和下降沿有很大的关
断尖峰。上升沿的过冲主要是由漏感产生的，具½分析
及消除此过冲的方法已有详½讨论。下降沿的关断尖
１８３
关重要的，而驱动脉冲无延迟地传输，对实时过流保护
起至关重要½用；同时为了减少开关损耗，还要求很陡
的驱动脉冲上升沿和下降沿［４１；一些特殊场合要求紧凑
收稿日期：２０１０—０６—０９
基金项目：武汉市重点科技攻关计划项目（２００７６１０２３４２０）
万方数据
■旦■Ｉ硼
萱董蚕董；！鱼堡！塑墼垫皇坚鱼退让
电容前加一个反向二极管阻断其快速放电通道。图３
是原始的驱动波½图；图４为附加电路驱动波½；图５
为满负½½时驱动波½图。
２驱动电路改进方法分析
图１中用框标出的电路就
是对原有驱动电路的改进。通
过在门极增加稳压管、二极管、
电容和电阻，可以较½地吸收
上升沿、下降沿和尖峰。
由图３和图４比较可以看
出，在较小延时的情况下，应把
图１
峰主要是励磁电感产生的。一般减小这两种尖峰½是
通过增加Ｒ。（门极电阻）来实现，½是增大Ｒ。会减缓驱
动脉冲上升沿和下降沿的陡度，而增大开关损耗‘８½。
变压器隔离全桥电路
尖峰减到最小。从图３可以看
出，要减小的尖峰主要是负脉冲后沿的过冲尖峰，因为
这个尖峰极有可½达到ＩＧＢＴ的开启电压（Ｖ。“），这样
就会造成同一桥臂的两个ＩＧＢＴ直通；同时由图５可以
看出，在满负½½（６００
Ｖ／½０
Ａ）状态下，驱动波½具有很
½的稳定性，而且没有大的尖峰，这就保证了ＩＧＢＴ稳
定、安全的工½。
此电路具½工½过程分析如下：图２是一个脉冲周
期，½正脉冲上升沿（％½½。）到来时（这里只考虑正脉
冲），电容Ｃ相½于短路，通过二极管Ｄ和电容Ｃ可以
给ＩＧＢＴ提供很大的瞬间电流，把驱动脉冲的上升时间
缩短。图２中正脉冲就是ＩＧＢＴ的驱动信号，这个负脉
冲的上升沿又是由另外一路驱动脉冲感应过来的，所以
所要讨论的就是另一路驱动脉冲的下降沿尖峰，这四路
输出脉冲是一样的，所以只要讨论一路。½是为了直
观、完整，这里就把它看½是本路负脉冲的上升沿来讨
论（下面提到的负脉冲½是这种情况）。½然稳压管这
条支路也有电流流过，½是与加速电容Ｃ这条支路相
比就很小。若不加电阻Ｒ，这个电容会经过几个脉冲周
期充满电荷，而失去加速½用，所以要求电容Ｃ的电荷
在每个周期上升沿到来时，电容上无存储电荷。因此在
电容上并联一小阻值的电阻，给电容提供放电回路。在
脉冲平顶期（￡。½厶）时，ＩＧＢＴ的输入门极电容已经充
满，门极保持高电平，此时ＩＧＢＴ的Ｇ－Ｅ之间相½于断
开，变压器次边保持高电平。½脉冲下降沿（“½½。）到
来时，ＩＧＢＴ的输入电容在这段时间反向放电，需缓关，
如果放电速度太快会引起极大的关断尖峰，因此需阻断
通过加速电容加速放电，故在加速电容前面串联一个快
恢复二极管，½其只通过稳压管放电。稳压管可以很½
．地吸收其尖峰，并可以控制其下降沿的陡度。
．
图２一个脉冲周期各波½时序图
改进电路部分所加器件可以看成一个可变电阻：
这个电阻在脉冲上升沿开始到ＩＧＢＴ弥勒平台时（岛½
½½），电阻值是很小的，主要是充电电流从加速电容这条
支路流过，从而不断加快对ＩＧＢＴ门极电容的充电。
ＩＧＢＴ的弥勒平台这段时间内，随着电容上电压升高，
其充电电流速率在逐渐减小，到弥勒平台结束时，其充
电电流速率为零，充电电流达到最大。这个可以从门极
电阻上电压波½得到证实。在上升沿结束（￡。）时，充电
电流减小到几乎为零，从而不会出现过冲尖峰。在加速
】８４
图３原始驱动波½
驱动等效电路如图６所示。其中，Ｌ。为变压器次
边的励磁电感；Ｚ。为稳压管（其反向相½于一个二极
管，所以图中就用一个二极管来代替）；Ｒ。为驱动电阻，
万方数据
《现垡曳圣撞苤》墨Ｑ！Ｑ至箍！竺毖总墓兰墨Ｑ翅
．Ｃ。。为ＩＧＢＴ的栅极和源极之间电容；Ｒ－为线路等效电
阻。由等效电路可知：
臣皇王筮丕廛旦½
Ｖ½。＝Ｖ。½＋Ｖ½，＋％．＋ＶＲ½
‘
（１）
‘
●
Ｒ。实际值很小，可以½略。稳压二极管并联在Ｄ，，
Ｃ。两端，它的电压是Ｄ。和Ｃ。两端电压之和。稳压二极
管是随电流大小自动调整的“可变”电阻。通过改变电
阻来控制上升沿和下降沿的速率，从而达到控制过冲尖
峰的大小。实测Ｒ。与驱动变压器次边反向波½如图７
所示。Ｒ。上电压波½即为励磁电感上流过的电流波½。
正脉冲下降沿的过冲尖峰由励磁电感造成的：
．Ｕ＝Ｌ。½½／½½
（２）
１：变压器次边反向波½
图７
２：Ｒ。的波½
Ｒ½与变压器次边反向波½
’
３结
语
通过对上面改进电路的详细分析知道，威胁开关管
安全的驱动脉冲过冲尖峰主要是由励磁电感决定的，因
此½可½减小励磁电感是减小过冲尖峰的最直接方法，
同时还与稳压管的性½有很大关系。脉冲前沿上升率
主要由加速电容决定，电容过小，会出现驱动脉冲前沿
过缓，过大会有尖峰，所以要取合适的加速电容。电容
的大小一般通过多次实验来确定。这个电容大小的选
择既要考虑½脉冲上升沿较陡，又不出现尖峰。
此驱动电路已在中频脉冲渗碳电源中应用，配合器
件过流过压保护电路，½较½地满足２００
Ａ／１
２００ Ｖ
由式（２）可以看出，在相同电流变化率情况下，励磁
电感越小，励磁电感上的电压尖峰也越小，相应的
ＩＧＢＴ
Ｇ－Ｓ之间电压尖峰也越小；同时减小励磁电感还
可以减小漏感，½是励磁电感减小会造成脉冲平顶的斜
率加大［６½，所以要综合考虑各种情况。
ＩＧＢＴ模块的驱动要求。同时对驱动大功率的ＭＯＳ—
ＦＥＴ等场驱动开关管½有很½的借鉴½用。
参考文献
［－１－½林力，武和雷．ＩＧＢＴ逆变器的驱动与新型保护电路设计
图４改进电路驱动波½
口½．实验室研究与探索，２００７，１９（６）：５５—５７．
［２½Ｊ½½½½ Ｄ½½½．ＭＯＳＦＥＴ驱动器与ＭＯＳＦＥＴ的匹配设计
［ＥＢ／ＯＬ½．［２００８—０６—２３３．½½½½：／／½½、½½．½½½½½½½½½．½½½．
［３３赵云．浅析ＭＯＳＦＥＴ高速驱动器电路设计［Ｊ½．舰船电子对
抗，２００２，２５（２）：４２—４４．
［４½朱斌．ＩＧＢＴ驱动电路简介与分析½－½½．电子工程，２００５（２）：
４９—５Ｚ．
［５½纪圣儒，朱志明，周雪珍，等．ＭＯＳＦＥＴ隔离型高速驱动电
路½－Ｊ－½．电焊机，２００７，３７（５）：６－９，７７．
［６３鲁莉容，李小帆，蒋平．功率ＭＯＳＦＥＴ高速驱动电路的研究
图５满负½½时驱动波½图
Ｚ１
［Ｊ½．电力电子技术，２００１，３５（６）：４５—４７．
［７½郭胜强，吴曙明．ＩＧＢＴ驱动脉冲变压器工½过程分析及参
数选择［Ｊ½．电焊机，２００１，３１（８）：２６—２８．
［８½Ｔ½½½½
Ｉ½½½½½½½½½½．Ｈ½½½—½½½½½
Ｉ½½½½½½½½½½，２００８．
ＰＷＭ
½½½½½½½½½［Ｍ½．
［Ｓ．１．½：Ｔ½½½½
Ｅ９½钟静宏，张承宁．基于脉冲电源的ＭＯＳＦＥＴ驱动电路研究
及应用［Ｊ½．航空精密制造技术，２００６，４２（３）：７０－７２，７５．
［１０½童诗½，华成英．模拟电子技术基础［Ｍ½．北京：高等教育
图６正脉冲下降沿等效电路
½者简介：曹芳磊
孙奉娄
出版社，２００１．
男，１９８５年出生，安½宿州人，硕士。研究方向为等离子½设备与控制。
男，１９５７年出生，教授。主要研究方向为等离子½物理夏等离子½应用技术。
１８５
万方数据
IGBT强驱动电路的设计
½者：
½者单½：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：
曹芳磊， 孙奉娄， CAO Fang-lei， SUN Feng-lou
中南民族大学,电子信息工程学院,湖北武汉,430074
现代电子技术
MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE
2010,33(19)
1次
参考文献(10条)
1.赵云
浅析MOSFET高速驱动器电路设计[期刊论文]
-
舰船电子对抗
2002(02)
2.Jamie
Dunn MOSFET驱动器与MOSFET的匹配设计
2008
3.林力;武和雷
IGBT逆变器的驱动与新型保护电路设计
2007(06)
4.童诗½;华成英
模拟电子技术基础
2001
5.钟静宏;张承宁
基于脉冲电源的MOSFET驱动电路研究及应用[期刊论文]
-
航空精密制造技术
2006(03)
6.Texas
Instruments High-speed PWM cntroller
2008
7.郭胜强;吴曙明
IGBT驱动脉冲变压器工½过程分析及参数选择[期刊论文]
-
电焊机
2001(08)
8.鲁莉容;李小帆;蒋平
功率MOSFET高速驱动电路的研究[期刊论文]
-
电力电子技术
2001(06)
9.纪圣儒;朱志明;周雪珍
MOSFET隔离型高速驱动电路[期刊论文]
-
电焊机
2007(05)
10.朱斌
IGBT驱动电路简介与分析
2005(02)
引证文献(1条)
1.霰军宪.邵立群.王军
一种新型智½功率模块(IPM)[期刊论文]
-
现代电子技术
2011(3)
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