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第1講 IGBT的基本驅動電路

概要：筆者從事電力電子研發領域，經常使用IGBT，積累了一些設計經驗，在此與大家分享。大部分內容不追求理論深度，而主要是幫助大家提高感性認識，為使用IGBT提供一些參考。

1.IGBT的模型

IGBT的模型在教科書上能找到，其柵極G，相當于一個數納法（nF）的小電容（暫時這樣認為），這與MOS管類似；其集電極C和發射極E又類似于一只三極管的C、E極。因此，它結合了MOS管和三極管的特點：

（1）柵極的絕緣電阻無窮大，只要向柵極充入一定的正電荷，使得柵極電壓大于導通電壓，管子就會導通，并且導通程度深，線性范圍很窄。這一點類似于MOS管。

（2）由于柵極的絕緣電阻無窮大，因此電荷能夠一直保存，即開通后可以一直開通。而且當柵極開路時，也常會處于開通狀態。正因為這個特性，驅動IGBT的電路不需要提供很大的持續電流。但這容易引起誤導通，為了防止誤導通，柵極G和發射極E之間必須跨接一只電阻。不少第一次接觸MOS管和IGBT的朋友就是因為沒有跨接此電阻而燒了管子。跨接電阻一般為10k歐/0.25W。

（3）柵極電容的耐壓是有一點限度的，一般是±20V，當超過此限度，可能會燒壞。因此，柵極要加一對穩壓二極管，用于吸收過高的電壓。穩壓二極管一般頭對頭串聯，每只是18V/1W，限制的電壓范圍是±18.7V左右。

（4）輸出極C和E特性類似于三極管，因此具有一定的導通壓降，而不是像MOS管那樣用導通電阻來衡量。導通壓降與導通飽和度有關，導通飽和度受到柵極電壓的影響，因此柵極電壓不應太低，雖然IGBT在7V就完全能導通，但標準的柵極驅動電壓是15V。

（5）為了保證柵極驅動不誤動作，一般關閉時要讓柵極帶有一定的負電壓。通常對于小功率IGBT，負電壓應在-8V左右。因此，通常IGBT的標準驅動電壓為-8V、+15V。實際使用時，如果采用光耦，例如A3120，其正壓降約為2.5V，負壓降幾乎為零，因此，為了達到標準驅動電壓，光耦前端的供電電壓應為-8V、+17.5V。

（6）IGBT的柵極電容是非線性的，在導通電壓和關斷電壓附近，其柵極電容相當于突然增大數倍，需要充入或者吸出較多電荷，因此，驅動電路的作用主要體現在導通和關斷的轉折點上，此時要提供較多電荷，具有較大的驅動電流，故驅動電路的主要電流是瞬時電流，頻率很高，這就要求驅動電路的供電具有極小的高頻內阻。一般要并聯較大容量的獨石電容來提供這些電流。

2. IGBT的基本驅動電路

（1）供電采用隔離變壓器，最好采用開關穩壓電源，上下橋嚴格隔離，安全間距1mm/100V，即對于380V系統要用4mm安全間距。

（2）供電電壓：+17.5V，-8V，GND。其中GND接IGBT的E極。+17.5V和-8V接光耦的8、5腳。

（3）瞬時電流提供：供電電源上并接1uF/50V獨石電容若干個。

（4）柵極驅動電阻Rg，采用IGBT資料的推薦值至推薦值的3倍之間。

（5）柵極放電電阻，10k歐；柵極保護穩壓二極管：18V/1W，頭對頭串聯。

IGBT的基本驅動電路

IGBT使用的基本驅動電路就介紹到這里。關于IGBT的使用細節，我們將繼續發文敘述。感謝大家的關注！

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