基于数字信号处理器的IGBT驱动电路可靠性分析与设计

1.2.2 栅极电荷要求

IGBT的开通和关断通过栅极电路的充放电来实现，因此，栅极电阻选择是否适当直接关系到IGBT的动态特性。

1.2.3 耐固性要求

IGBT处于关断期间，施加于IGBT集电极－栅极电容上的dv/dt可导致有电流流过栅极电路。假如此电流足够大，在栅极电阻上产生的电压，有可能导致IGBT误开通，因此，较小的栅极电阻可增加IGBT驱动的耐固性(即防止dv/dt带来的误开通)。但是，较小的栅极电阻使得IGBT的开通di/dt变大，会导致较高的dv/dt，增加了续流二极管恢复时的浪涌电压。

因此，在设计栅极电阻时要兼顾到这二个方面的问题。

1.2.4 栅极驱动功率要求

IGBT开关要消耗来自栅极电源的功率。其功耗受栅极驱动正、负偏压的差值ΔVGE，栅极总电荷QG和工作开关频率f的影响，式（1）给出了电源平均功率。

PAV=ΔVGE×QG×f（1）

2 数字信号处理器PWM口驱动能力

IGBT驱动信号的产生可通过模拟和数字两种方式来实现。随着微处理技术的发展（包括处理器、系统结构和存储器件），数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。采用数字信号处理器构成的调速系统，由处理器集成的PWM模块产生功率单元(IGBT)的驱动信号。而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。

2.1 TMS320LF2407A与TMS320F240PWM口驱动能力比较

目前，数字信号处理器芯片供应厂商主要有TI公司、AD公司、Motorolar公司等,本文对交流调速系统中广泛应用的TI公司的TMS320LF2407A与TMS320F240两个产品的PWM口驱动能力进行了比较，从而为设计可靠的驱动电路提供了有力数据。据数据手册可知，长期在绝对最大额定条件下运行将影响器件的可靠性。表1给出F240工作电压绝对额定值以及在推荐工作条件下PWM口驱动输出电流能力。表2给出LF2407A工作电压绝对额定值以及在推荐工作条件下PWM口驱动输出电流能力。

表1 F240驱动输出电流能力

表2 LF2407A驱动输出电流能力

由表2可以看出，LF2407A两个事件管理器中的PWM口驱动能力不同。同时，比较表1及表2可以看出F240与LF2407A虽然均采用CMOS技术，但是，F240使用5VCMOS电平而LF2407A使用3.3VCMOS电平低压供电方式，因此，PWM口驱动能力不同。为了保证系统可靠性，在设计驱动电路时应充分考虑以上特点。

2.2 F240与LF2407APWM接口驱动设计

微处理器采用不同的集成技术，在设计接口电路时应充分考虑其驱动能力及电平匹配。对于F240，采用5VCMOS技术，直接与TTL电平相兼容，不必考虑一些特殊接口电路。但从可靠性设计角度出发，可在处理器与驱动芯片之间增加隔离驱动芯片，如图2所示。

图2 PWM口驱动框图

LF2407A采用3.3V CMOS技术，该技术使得电路实现了低功耗工作，同时也带来了一些问题，即接口电平匹配与驱动能力问题。图3给出了3.3V CMOS输出到MOSFET的输入接口电路。许多MOSFET在一定的负载电流下要达到饱和导通栅极电平大于3.3V，因此设计中采用标准5V CMOS缓冲器74HC240将3.3V CMOS转换到5VCMOS电平。

图3 3.3V CMOS输出接口电路