怎样在电路不导通的情况下采集电流电压信号？

IGBT栅极驱动电路的特性分析和应用 2009-07-03 16:23 摘 要 : 详细叙述了功率绝缘栅双极型晶体管 IGBT 对驱动电路的特殊要求以及设计驱动电路应该考虑的问题 , 概述了 IGBT 驱动电路的常用类型 , 并给出了几个具有实用意义的典型电路。关键词 : 绝缘栅双极型晶体管 (IGBT); 特性 ; 分立驱动电路 ; 集成驱动电路1 前言以 MOS 与双极型晶体管结合产生的绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 具有电压型驱动、驱动功率小、开关速度高、饱和压降低和可耐高电压、大电流等一系列应用上的优点 , 表现出良好的综合性能。 IGBT 已经逐步取代了电力晶体管 (GTR), 并在许多领域中逐步取代电力场效应晶体管 (MOSFET) 。然而 ,IGBT 良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理 , 制约着 IGBT 的推广及应用。本文分析了 IGBT 对其栅极驱动电路的要求 , 并介绍了部分栅极驱动集成电路的应用。2 IGBT 栅极驱动电路的特性IGBT 栅极驱动条件与 IGBT 的特性密切相关 , 设计栅极驱动电路时 , 应特别注意开通特性、负载短路能力和 duce/dt 引起的误触发。此外 , 当 IGBT 出现过电流故障时 , 由于其抗浪涌能力有限 , 当器件电流过大时 , 会产生不可控的擎柱效应而失去关断能力 , 因此电路的过电流保护必须很快 , 避免短路电流上升到擎柱状态。但是如果关断速度过快 , 将会造成 di/dt 过大形成很高的电压尖峰 , 损坏器件或设备中其它元器件。因此应该采取先降栅压 , 再软关断的方法。基于以上分析 ,IGBT 栅极驱动电路应该具有以下特性 [1]:1) 栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要充分大 , 以减小开通和关断损耗。但是 , 由于主电路中存在分布电感及滤波电容的串联电感 , 随着 IGBT 的超速开通与关断将在电路中产生高频幅值很高而宽度很窄的尖峰电压 Ldi/dt, 该尖峰电压应用常规的过电压吸收电路是吸收不掉的 , 因而有可能造成 IGBT 自身或电路中其它元件过电压击穿而损坏 , 所以主电路应尽可能使用短引线或双绞线降低分布电感的影响 , 而且 IGBT 开关时间也不能过分短 , 其值应根据所有元件及 IGBT 自身的承受 du/dt 的能力综合考虑 ;2)IGBT 导通后 , 栅极驱动电路提供给 IGBT 的驱动电压和电流要具有足够的幅值维持 IGBT 处于饱和状态 , 且当 IGBT 瞬时过载时 IGBT 不退出饱和区而损坏 ;3) 栅极驱动电路提供给 IGBT 的正向驱动电压 +UGE 应取值适当。因为 , 虽然 +UGE 增加时 ,IGBT 输出级晶体管的导通压降 UCE 和开通损耗值将下降。但是 , 在负载短路过程中 ,IGBT 的集电极电流也随着 +UGE 的增加而增加 , 并使 IGBT 承受短路损坏的脉宽变窄 ;4)IGBT 栅射极施加的反向偏压有利于其快速关断 , 但反向负偏压 -UGE 受 IGBT 栅 - 射极之间反向最大耐压的限制 , 过大的反向电压会造成 IGBT 栅 - 射极的反向击穿 , 所以 -UGE 应取合适的值 , 一般为 -2-15V;5) 由于 IGBT 内寄生晶体管、寄生电容的存在 , 使栅极驱动与 IGBT 损坏时的脉宽有密切的关系 , 这就要求在设计驱动电路时合理地处理这种关系 ;6) 由于 IGBT 多用于高电压场合 , 所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离 ;7)IGBT 的栅极驱动电路应尽可能的简单、实用 , 最好自身带有对驱动 IGBT 的完整保护能力及很强的抗干扰性能 , 而且输出阻抗应尽可能的低 ;8) 由于栅极信号的高频变化 , 为防止造成同一个系统多个 IGBT 的栅极驱动电路捆扎在一起很容易相互干扰 , 引线应采用绞线或同轴电缆屏蔽线 , 同时栅极驱动电路中 IGBT 模块栅 - 射极的引线应尽可能的短。3 IGBT 栅极驱动电路的应用IGBT 栅极驱动电路有多种形式。按照驱动电路元件的组成可分为分立元件组成的驱动电路和集成化的驱动电路 ; 按照驱动方式可分为直接驱动和隔离驱动。以下分别阐述各种驱动电路的工作原理及特点。3.1 分立元件驱动电路1) 直接驱动电路如图 1 所示 , 为了使 I