1 引言
電力電子技術(shù)在當(dāng)今急需節(jié)能降耗的工業(yè)領(lǐng)域里起到了不可替代的作用;而igbt在諸如變頻器、大功率開關(guān)電源等電力電子技術(shù)的能量變換與管理應(yīng)用中，越來越成為各種主回路的首選功率開關(guān)器件，因此如何安全可靠地驅(qū)動igbt工作，也成為越來越多的設(shè)計(jì)工程師面臨需要解決的課題。
在使用igbt構(gòu)成的各種主回路之中，大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路起到弱電控制強(qiáng)電的終端界面(接口)作用。因其重要性，所以可以將該電路看成是一個相對獨(dú)立的“子系統(tǒng)”來研究、開發(fā)及設(shè)計(jì)。
大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路一直伴隨igbt技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，現(xiàn)在市場上流行著很多種類非常成熟的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路專用產(chǎn)品，成為大多數(shù)設(shè)計(jì)工程師的首選;也有許多的工程師根據(jù)其電路的特殊要求，自行研制出各種專用的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路。本文對這些大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路進(jìn)行分類，并對該電路需要達(dá)到的一些功能進(jìn)行闡述，最后展望此電路的發(fā)展。此外本文所述大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路是指應(yīng)用于直流母線電壓在650v～1000v范圍、輸出電流的交流有效值在100a～600a范圍的場合。
2 大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路的分類
按照大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路能夠完成的功能來分類，可以將大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路分為以下三種類型:單一功能型、多功能型、全功能型。
2.1 單一功能型
單一功能型的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路一般是由光耦和功率緩沖器構(gòu)成，如hcpl-3150 等，如圖1所示。它將普通控制信號的ttl/cmos輸入電平信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎?fù)十幾伏的igbt門極驅(qū)動輸出電平，正負(fù)電平的幅值取決于隔離電源。
圖1 hcpl-3150原理框圖及引腳示意圖
工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)時可將它配上隔離電源電路、死區(qū)控制電路、邏輯處理電路、門極驅(qū)動電阻等，就可直接驅(qū)動igbt，形成最簡單的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路;也可以自己配上一些外圍電路形成多功能型驅(qū)動器。
單一功能型的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路的最大優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用靈活、成本較低。它既可以應(yīng)用于諸如斬波、boost等需要單只igbt運(yùn)行的主回路，也可以應(yīng)用于由多只igbt組成的半橋、單相全橋、三相全橋等主回路。由于需要另配隔離電源電路、邏輯處理電路等，所以留給設(shè)計(jì)工程師的開發(fā)任務(wù)量大，這也是單一功能型的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路的最大缺點(diǎn)。這里的邏輯處理電路一般是指上電順序邏輯及各類保護(hù)處理等功能。
此外像hcpl-3150 等驅(qū)動器的驅(qū)動能力有限，一般都在3a以下，如果驅(qū)動600a以上的igbt就需要外接更大的功率緩沖電路或采取其它措施。
2.2 多功能型
多功能型的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路除了提供直接驅(qū)動igbt的功能之外，還可以提供完善的保護(hù)功能，如hcpl-316j、 m57962等，如圖2和圖3所示，它們一般采用混合厚膜封裝技術(shù)或者采用集成封裝技術(shù)，可以直接兼容cmos/ttl電平。工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)時一般只需要配上隔離電源電路、死區(qū)控制電路、邏輯處理電路、門極驅(qū)動電阻等，就可以成為一個較為完整的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路。
m57962、hcpl-316j等驅(qū)動器本身具有較完整的保護(hù)功能，集成度高。其最大的優(yōu)點(diǎn)是使開發(fā)人員的工作得到簡化，而且可靠性高，非常適于多路驅(qū)動的場合。但是由于它們的驅(qū)動能力也有限，如果驅(qū)動更高功率的igbt，也需要外接更大的功率緩沖電路。
m57962、hcpl-316j等驅(qū)動器一般提供軟關(guān)斷功能，在需要保護(hù)igbt退出過流、短路狀態(tài)時，這個功能非常重要，它可以使igbt的npnp四層結(jié)構(gòu)免于進(jìn)入“可控硅栓鎖”狀態(tài)。此外像hcpl-316j等驅(qū)動器還具備欠壓鎖定保護(hù)功能，這大大簡化了設(shè)計(jì)者的工作。
2.3 全功能型
全功能型的大功率igbt驅(qū)動保護(hù)電路除了具有各類完善的保護(hù)功能之外，還都無一例外地配置了dc/dc隔離電源，如2sd315ai(concept)、skypertmpro(semikron)、2ed300c17-s(eupec)等，如圖4、圖5和圖6所示。都是目前國際上著名的全功能型驅(qū)動器。
圖2 hcpl-316j原理框圖及引腳示意圖
圖3 m57962原理框圖及引腳示意圖
圖4 2sd315ai原理框圖
圖5 skyperpro原理框圖
