IGBT模块的一种驱动设计

      1 引言

       近年来，新型功率开关器件IGBT已逐渐被人们所认识。与以前的各种电力电子器件相比，IGBI、具有以下特点：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；高速开关特性；导通状态低损耗。

       IGBT在综合性能方面占有明显优势，广泛应用于工作频率为几十千赫兹，输出功率为几千瓦到几十千瓦的各类电力变换装置。在设计驱动电路时，主要考虑以下参数：IGBT的额定值、短路电流特性、感性负载的关断特性、最大栅极发射极电压、栅极输入电容、安全工作区特性。

       光电耦合驱动器件的输入、输出都是有源的，其正向脉冲及负向闭锁脉冲的宽度不受限制，可容易地通过检测IGBT通态集电极电压实现过流及短路保护，并向微处理器发出过流报警信号。

       2 IGBT下桥臂驱动器件HCPL-316J

      HCPL-316J的主要特征：16引脚双列直插封装；可驱动150 A／1 200 V的IGBT；宽电源电压范围为15 V～30 V；最大开关时间为0.5μs；死区时间为2μs；兼容CMOS／TTL电平；具有光隔离、故障状态反馈功能；IGBT“软”关断；VCE欠饱和检测及带滞环欠压锁定保护；用户可配置自动复位、自动关闭。最小共模抑制15 kV／μs(VCM=1500 V时)；具有过流关断、欠压封锁功能；当线路过流或VCC欠压时可自动闭锁所有输出，并发出报警信号；当高侧的悬浮偏置电压源欠压时，可通过其内部的欠压自锁电路将3路高侧输出封锁。

       HCPL-316J具有过流检测和欠压闭锁输出(under voltage lock-out)功能。过流时，输出故障信号，IGBT软关断；电源电压范围为15 V～30 V，在VCM=1 500 V下，最小共模抑制(CMR)电压为15kV／μs，用户可设定正／负逻辑输入、自动复位和自动关断。

      图1为HCPL-316J内部结构图。光耦管LED1组成输入控制电路，VIN+和VIN-分别为正／负逻辑输入端。当输入负逻辑信号时，VIN+置为高电平，VIN-接输入信号；反之，当输入正逻辑信号时，则VIN-置为低电平，VIN+接输入信号。输入信号门电路由LED1传送到内部驱动电路并转换为IGBT的门极驱动信号。光耦管LED2等组成故障信号控制电路，该驱动器7引脚悬空，8引脚接地，VCC1和GND1为输入侧电源，VCC2和VEE为输出侧电源，VC为推挽式输出三极管集电极的电源可直接与VCC2相接，或者串联一只电阻RC以限制输出导通电流，VOUT为门极驱动电压输出端。

       可以在被驱动的功率器件过流或门极驱动电路自身电源发生故障时，对被驱动的IGBT进行快速有效地保护。该系列驱动器只需一个非隔离的+15 V电源；具有高dv／dt容量；保护功能完善；故障记忆，通过FAULT信号告知控制系统；上下互锁，避免同一桥臂两只IGBT同时开通；栅极电阻外部可调，使用不同功率的IGBT时都能工作在较高的开关频率下，并得到高转换效率。