利用2SD315AI设计的驱动大功率IGBT原理

引言

IGBT常用的驱动模块有TLP250，以及EXB841/840系列的驱动模块。但在燃料电池城市客车DC/DC变换器的研制过程中发现，由于车载DC/DC变换器常常工作在大功率或超大功率的状态中，而处在这种状态下的IGBT瞬时驱动电流大，要求可靠性要高，使得传统的驱动电路已经不能满足其使用要求，经过研究分析，选用瑞士CONCEPT公司生产的用于驱动和保护IGBT或功率MOSFET的专用集成驱动模块2SD315A作为大功率IGBT(800A/1200V)的驱动器件，该驱动器集成了智能驱动、自检、状态反馈、DC/DC电源及控制部分与功率部分完全隔离等功能于一体。经过车载90kW DC/DC变换器实际道路工况运行实验表明，效果良好。

IGBT的驱动要求

IGBT的驱动要求与其静态和动态特性密切相关，即栅极的正偏压、负偏压和栅极电阻的大小，对IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力、开关管C、E极问电压的变换率等都有不同程度的影响。其开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向栅极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。根据这样的特性，针对它的驱动电路应该满足：

·IGBT是电压型驱动，具有2.5～5V的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此，IGBT对栅极电荷非常敏感，需要有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量短。

·用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压Vge有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，栅极驱动源应能够提供足够的功率使IGBT
处于饱和状态，否则IGBT容易遭到损坏。

·当驱动电平+Vge增大时，IGBT通态压降和开关损耗均下降，但负载短路时的Ic增
大，IGBT能承受短路电流的时间减小，对其安全不利。

·在关断过程中，为尽快抽取PNP管的存储电荷，须施加一负偏Vge，但它受IGBT的G、
E间最大反向耐压限制。

·IGBT的栅极驱动电路应简单实用，最好自身带有对IGBT的保护功能，有较强的抗干
扰能力。

·由于IGBT在电力电子设备中多用于高压场合，故驱动电路与控制电路在电位上应严
格隔离。

2SD315A驱动模块

2SD315A模块能够驱动1200A/1200V的IGBT，DC的开关频率高于100kHz，可通过±15A的门极电流，实现0-100％的占空比调节。此外，具有完善的对于电源、电流的状态监测从而实现对于模块以及功率开关管的保护；该驱动模块分为接口单元、电气隔离、驱动单元等几个部分，每个驱动通道都把控制回路和主功率回路进行了电气隔离，如图1所示。