IGBT强驱动电路的设计

摘要：根据脉冲渗碳电源要求，设计一种具有高可靠性、信号传输无延迟、驱动能力强等特点的IGBT强驱动电路，详细分析了工作原理，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影响驱动电路的因素。实际用于大功率IGBT桥电路驱动，工作稳定可靠。结果表明，所设计的电路结构简单，驱动能力强，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

在脉冲电源中，驱动电路的好坏直接关系到逆变器能否正常工作。好的驱动电路首先要保证开关管安全，其次还要使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)。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。但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作。因此要实现电源安全且高效率的工作，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能力，又能很好地吸收电压和电流尖峰。

1 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，能快速进行过流保护是至关重要的，而驱动脉冲无延迟地传输，对实时过流保护起至关重要作用；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；一些特殊场合要求紧凑而简洁、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1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为低电平，Q1和Q4关断，Q2和Q3导通，Q5开通。此时，Q2，Q3和T1的原边绕组就形成通路，脉冲电压加在T1的原边，相应的次边会得到驱动脉冲信号。1，2都为低电平时，Q1，Q2会同时导通，T1原边被短路，则次边无脉冲输出。MOSFET具有开通电阻小，响应快，能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。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，自身具有防偏磁的能力，无需加隔直电容来防止偏磁；相反，当加隔直电容时，出现两路PWM控制信号不能同时关闭的问题，在去掉此隔直电容后，问题消失。因此，在使用隔直电容防偏磁时，要注意所用芯片的控制模式。