用于功率变换器的IGBT驱动核心电路
通过为驱动核心电路中的门极电容充电可以控制IGBTs的开关动作，而门极电路的充电是通过电阻来控制的。图3是输出部分的电路。驱动核心电路的输出缓冲器由来自于DC/DC变换器的＋15v/-7v供电。如果电路工作正常（无故障），则信号通过门极电阻R0传送到IGBT的门极。图3中的门极电阻可以分解成分别对应于导通和关断时的RGon和RGoff两部分。这种电路设计的主要优点就在于针对开通过电流，关断过电压以及短路时的不同情况采取单独的开通和关断优化处理。
当驱动电路（在开关转换，关断以及驱动电压过压导致击穿时）具有很高的输出性阻抗，因此门极－发射极电阻（RGE）可以防止门极电容非正常充电。
每一路输出部分的门极充电峰值电流都可达15A。这种高脉冲输出电流使得IGBTs的开通和关断时间分短，因为IGBT的门极电容充电非常迅速，这也意味着该驱动电路可以驱动大电流的IGBT模块或并联的IGBTs。
从本质上来讲，IGBTs开关转换所需要的电荷取决于IGBT选用的技术类型，集成电路规模，直流母线电压以及门极驱动电压。驱动电路的输出部分每个脉冲可以提供高达6.3uC的电荷。针对所选用的IGBT，以平均输出电流50mA计，则开关频率可以达到50kHz。因此SKYPERTM门极驱动电路足以驱动1400A/1200V半桥IGBT模块。
保护电路
为了保护IGBT在短路等情况下发生过载，副边的每个输出部分都有一个集成的实时饱和电压监测功能。该监测功在一定的消隐时间（tbl，它可由外部电路来控制时间的长短）后对IGBT的集电极－发射极电压和外部可调的参考电压（VCEstat）进行对比，如果集电极－发射极电压超过了参考电压，则该路输出立刻被关断，并且短路电路直接将故障信号传动到原边驱动核心电路的故障存储区域，在此处故障被记录，然后所有的输出被迅即关断。为了阻止电路在短路的情况下再开通，传递后续开通信号的信号电路通道被互锁，直到有复位脉冲对该电路进行复位。在IGBT退饱和监视中，必须考虑它的实时饱和电压特征。在IGBT开通的最初几个微秒，集电极－发射极电压远高于稳定后的VCEsat值。因此监测电路的响应特征在消隐时间内（图4）必须与VCEsat特征图一致。
如果驱动电压下降比较大，则门极驱动与保护功能都将失效。而且功率晶体管不再完全受控。因为门极电压比较低，IGBT将工作在线性区间。如果IGBT工作在线性区间，它的损耗非常大，完全有可能发生热过载。为了确保门极驱动电压的降低能够被检测到，驱动电压也受到实时监测，一旦电压异常，则集成的故障存储器被置位。至于电路短路的监测情况，一旦发生短路，则故障存储器既封锁输出电路的输入脉冲，也封锁设置驱动电路故障信号的输入脉冲。
为了避免桥臂发生短路，在电压源电路中同一桥臂的IGBTs一定不能同时开通。因为有驱动电路产生的死区时间，即使在输入信号错误时，两路输出也会被互锁。
在上述标准版本的驱动核心电路基础上，我们还开发热一个增强版，它集成了其它一些功能如副边故障输入以及加强的故障管理功能，而且还加入了软关断技术以提高短路保护的能力。在发生短路时，该功能以比较低的速度关断IGBT，从而降低了直流母线电压过冲，使IGBT适应更高的直流母线电压。这也意味着可以提高最终的输出功率。
连接情况
SKYPER™ 驱动核心电路适合于通过焊接或接插件与PCB进行组装，能够与多种IGBT模块进行匹配。通过尽可能地优化开关特性，在此基础上开发出来的解决方案既具备标准智能功率模块的通用功能，又不失传统功率模块的灵活性。灵活的装配设计允许件驱动电路直接安装在IGBT模块上，而且这种连接使得IGBT模块和驱动电路之间的连接线很短。因此这种驱动电路为电路设计者提供了带电势隔离和保护功能的简单的门极驱动电路。SKYPER™ 可被应用于如功率电子变换器等广泛领域中。
参考文献
[1] http://www.semikron.com
[2] Application Manual Power Modules, SEMIKRON International
评论