第２４卷第９期机 电工程Ｖｏｌ．２４Ｎ０．，２仪） ７年９月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ＆ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＭＡＣＡＺＩＮＥＳｅｐ．２００７一种新型单电源ＩＧＢＴ驱动电路陈振伟，陈辉明，王正仕．刘磊（浙江大学电力电子学系．浙江杭州３１００２７）摘要：通过分析几种常用ＩＧＢＴ驭动模块电路的优缺点，结合ＩＧＢＴ对可靠性驱动的要求，提出了一种新型的ＩＧＢＴ驭动方案。它采用单电源供电，能够产生负橱压，使用脉冲变压器隔离，无需提供单独的浮地电源便可产生两路脉宽可调的驱动脉冲。最后通过实验给出了实验波形。根据实脸波形，证明了此方案具有实用性强、简单可靠等优点。关健词：绝缘门双极晶体管；单电源；级动电路；波形中图分类号：ＴＭｇｌ文献标识码：Ａ文章编号：１０１一４５５１（２即）０９一００３３一０３Ａｎｏｖｅｌｓ ｉｎｇ】ｅＰｏｗｅｒ一ｕｐｐｌｙＩＧＢＴｄｒｉｖｅｒｃｉｃｒｕｌｔＣＨＥＮＺｈｅｎ一 ｗｅｉ，ＣＨＥＮＨｕｉ・ｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｅｎｇ一。ｈｉ，ＬＩＵＬｅｉ（Ｄｅ Ｐａ雌加ｅ解ｏｆＰＩ川沙Ｅ趾ｄｒｏ。。，２几动。叮枷动心”妙，Ｈａｎ召二ｈｏ３１０２７，ｃｈｉａｎ）Ａ加ｔｃａｒｔ：Ｂｙ即ａｌ”１鳍ｔｈｅａｄｖａｎｔ叱巴ａｎｄｄｉ‘动，ａｎｔ昭ｅｏｆ．呵ｅｔｙｖ记目ＩＧＳＴｄｒｉｅｖｒｃｉｃｒｕｉｌ压，ａｎｖｏｅｌｄｒｉ，叮ｃｉ比ｕｉｔｔｏ几价ｌｌｔｈｅｒ叫１１‘肥口ｅｔｎ．ｏｆｌＧＢＴｄ石ｖｅ，ｗ朋ｐ比ｓｅｎ忿ｅ」．１．ｏｌａｔｅｄ场ａｔａｒｎ．ｏｆｍｒｃｒ，ｔ卜已ｎｅｗｃｉ托ｕｉｔｕ．ｅｄａｓｉｎ砂ｅｐｏ讹卜３ｕｐｐｌｙｔｏ，ｎｅ毗脱ｇａｔｉ，ｅ，ｔｅｖｏｌｔａ，．Ｉｔｖｏｒｖｉｄｅｄ饰ｏＰｕｌｓｅ一节ｉｄｔｈｐ盆０侣ｒａ．ｌｍａｌｂｅｄｒｉｖｉｎｇ吕ｉｇｎ以访ｔｈｏｕｔａｎｙ场ａｌｉｎｇ即ｗ阶阳ｐｐｌｉｅｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｄ－口ｅｎｔ，ｖｅ．ｅｘｐｅ妇皿ｔｌａｗａ，ｅｏｆ而，ｔｈｅｅ叉钾ｒｉｎｅ．ｔｒｅ．ｕｌｔ．ａｅｒａｌ．。‘ｉｖｅｎ协ｉｎｄｉｅａｔｅｔｈｅａｄｖａｎｔ叩ｅｓｕｃｈａｓｅｉ田ｐｌｉｏｉｔｙａｎｄｒｅ石ａｂｉｌｉｔｙｏｆ击ｅｎｅｗｃｉ代ｕｉｔ．Ｋ叮和ｒｄｓ：ＩＧＢＴ；、１ｏｇｌｅｐｏｗｅｒ一５ｏｐｐ卜；翻忱ｃｉｃｒｕｉｔ；，ａｖｅｆｏｒ口０前言电源即可驱动多个功率器件，但是它本身不能产生负偏压，容易造成桥臂短路，不适用于直接驱动中、大功 随着电力电子技术的飞速发展，ＧＩＢＴ的应用日益率ＩＧＢＴ１２・，］。广泛，而ＩＧＢＴ应用的关键问题是其驱动电路和保护本研究提出一种新型的驱动电路，它采用单电源 电路的合理设计。驱动电路设计不好，常会造成ＩＧＢＴ供电，能够产生负栅压，使用脉冲变压器隔离，无需提工作在放大区，短时承受很大的功耗导致击穿失效，或供单独的浮地电源便可产生两路脉宽可调的驱动脉者使ＩＢＧＴ关断不迅速，与其他ＩｃＢＴ换流时产生换流冲并且还具备各种保护功能。失败，导致直流侧电源短路而严重损坏。目前， 最为常用的几种ＩＧＢＴ驱动模块电路在实１工作原理际应用中都有其局限性：日本富士公司的ＥＸＢ系列仅 本研究提出的ＩＧＢＴ驱动电路原理图，如图１所需单电源供电，但负栅压过低，在高压电路中会降低示。该电路采用一组１５Ｖ的稳压电源，脉冲变压器初ＧＩＢＴ工作的可靠性，并且没有短路软关断的封闭保护级绕组并接２只反向串联的稳压二极管，其稳压值与功能；三菱的Ｍ５７９系列在工作过程中需双电源正负栅压相同，防止电路中出现高压尖峰。３个Ｎ沟道（＋１５ｖ，一１０Ｖ）供电，而且它和ＥｘＢ系列内部均无隔离电源，若要驱动多组ＩＧＢＴ，需外接隔离电源「’〕；美Ｍｏｓ管叨，、ＯＶ‘、ＱＶ：的驱动脉冲认、从、叭的波形，国ＩＲ公司的ＩＲ２１１０虽具有自举浮动电源，只用一路如图２所示。脉冲变压器的２个次级绕组几、几分别驱动２组ＩＧＢＴ模块。栅极串联电阻凡的选择必须合适，收稿日翔：２侧”一０４一０９作者简介：陈振伟（１８９３一》，男．江西南昌人，主要从事电力电子与电力传动方面的研究。万方数据第２４卷过高则增加关断损耗，过低则使关断过电压加剧［］。．合适的ｃ，有利于抑制ｄｉ／ｄｔ：ｃ，太大，开通时间延时；ｃ，，太小，对抑制ｄｉ厂ｄ：效果不明显。并联栅射间电阻Ｒ。可使栅射电压免受ＩＧＢＴ和电路寄生参数的干扰，防止器件误导通。另外，ＩＧＢＴ的输人阻抗呈容性，时，叩。被触发导通，Ｕ，电平为零。变压器初级绕组爪的电压极性为上高下低１２ｖ，绕组几两端将产生相同极性的感应电势心。（ ）开关模态仁ｔ２，，１２〕。Ｕ：、认同为低电平，进入死区时间，兀随之关断。此时，从与ｖ。。的电压差额升高因此对栅极电荷集聚很敏感，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。 通常情况下，由于变压器不能传递直流分量，使用脉冲变压器隔离的驱动电路不能实现任意脉宽输出，从而导致其应用的局限性；而光电藕合驱动器双侧都是有源的，其提供的正向脉冲及负向封锁脉冲的宽度可以不受限制１］，。本电路输出的驱动脉冲正、负栅压数值相等（１５Ｖ）。且带有死区，其中死区时间及脉冲宽度均可调。圈１１ＧＢＴ驭动电路原理圈”认。巧认。圈ＺＭＯＳＦＥＴ姐动波形驱动电路的工作过程分为开通、死区和关断３个 阶段：（１ ）开关模态汇、，：。〕。认为高电平，从为低电平，当认电压幅值升高到大于ＶＱ。管子的闽值电压Ｕｃ孙‘）万方数据到大于孔管子的阂值电压Ｕ“〔。）时，Ｖ口，被触发导通，变压器初级绕组Ｌ，的电流经过ＤＺ、几续流。二极管ＤＺ、Ｄ，避免了短路。矶电压等于ｖ。。。变压器初级绕组乙上下端的电压差额为零，绕组几两端的感应电势气同为零。（ ３）开关模态［：：，，，〕。Ｕ‘为低电平，巧为高电平，此时几关断、界导通。绕组兀上电压极性为上低下高巧ｖ，与绕组Ｔ，发生感应后产生相同极性的感应电势，Ｕ，电压将在ｖ。的基础上再叠加ｖ。。变成３０ｖａ绕组Ｔ。的电压极性为上低下高１５ｖ，绕组几两端将产生感应电势丐二一１５Ｖ。圈３ＭＯＳＦＥＴ驱动脉冲产生电路原理圈３个ＭＯＳＦＥＴ驱动脉冲产生电路原理图，如图３所 示。该电路首先由ＰＷＭ芯片产生两路相差１８０、带有死区的驱动脉冲Ｕ．、矶，然后分别经过推挽电路将驱动信号的功率放大后产生从、Ｕ，。同时，巩、Ｕ。经过或非门后提取出死区时的电压ｕ。。ｕ。与ｖ“共同对ｃ，进行充放电。［ｔｏ，沼：１时，Ｖｃ。通过Ｄ，、Ｒ，对Ｃ，充电，Ｒ，非常小，充电过程十分迅速，ｕ等于ｖｏ。；仁：，，：，１时，Ｕ。变为高电平，通过Ｒ，、ＲＺ放电，由于Ｒ：远大于Ｒ，，放电非常缓慢，认在从。的墓础上再叠加一个高电平，使认有足够的驱动能力驱动ＶＯ，。基于ＰｗＭ芯片可以实现限流保护、 软启动控制、死区控制及保护控制等功能。常用的ＰｗＭ芯片（如ＳＧ３５２５、Ｔ以９４等）片内都有误差放大器，利用片内提供的基准源，由电阻分压给误差放大器的低端以提供比较基准，误差放大器的高端接人电流反馈，形成准Ｐｌ调节，具有很高的稳压、稳流精度匕第９期陈振伟．等：一种新型单电砚ＩＧＢＴ驱动电路２实验结果容＞。１身己 试验样机相关情况如下：将市电整流成１５Ｖ的直流电压，经由７８１５惹压后为驱动电路提供电源。工作频率为２３．ｓｋＨ：，即工作周期为４２卜５。ＶＯ，、Ｑ‘、Ｖ叨：介几曹可为Ｎ沟道ＭｏＳ管ＩＲＦ６３０。驱动电路实测波形，如图４所示。 ＰｗＭ芯片５仍５２５输出的两路脉冲ｖ。、ｕ。，如图４（ａ）所示；经推挽电路后的两路驭动脉冲认、认，如图４（ｂ）所示，这两组波形的相位都互差１８０。死区脉冲矶和叨，的门极驱动脉冲认，如图４（。）所示，死区时间为２６哪。ＯＶ‘的漏极电压Ｕ．和变压器副边几的驱动电压嵘，如图４（ｄ）所示。另一种脉宽的驱动电压叽，如图（４ｅ）所示，波形表明，脉冲变压器能为ＩＧＢＴ提供良好的、可变的正向栅压（＋１５Ｖ）和反向栅压（一巧Ｖ）。卑５口门一污万片山户户－一飞漏尸（ａ）ＰＷＭ芯片输出的两路脉冲Ｕ．、认也』洛０１牙尸今产尸￣－，忿几－二了竺几－－厂竺ｌｔｌｏ“５格（哟经推挽电路后的两路驱动脉冲从、叭容Ａ。－污万ｌｔｌｏｌ场喃（的死区脉冲认和叨，的门极驱动脉冲认万方数据ｌｔｌｏｌ习格（）ｄ叩‘的漏极电压Ｕ．和变凡器副边几的驱动电压心寥卜０１污八万刁八丫／ｔ １０ｐ目格（。）调整脉宽后的驭动电压蛛．４粗动电路实洲波形 ３结束语本研究提出了一种单电源的Ｉ ＧＢＴ新型驱动电路，其主要特点是：采用脉冲变压器进行电气隔离，仅使用一组７８１５作为稳压电源，可提供良好的正、反向栅压，无需提供单独的浮地电源便可产生两路驰动脉冲。基于ＰＷＭ芯片可以实现死区时间、工作频率及脉宽可调，并带有软启动、限流及稳压等保护功能，且电路简单实用。实验结果证明了这种方案的合理性和有效性。参考文嗽《Ｒ’ｆｅｒｅ．ｃ．】：［１］Ｍｒｒ’ＳＵＲｌＳＨＩ．ＨｙｂｉｒｄｌｃｅＭ５７９６２ＬｆｏｒＤｒｉｖｉｎ‘ＩＧＢＴＭｏ．ｄｕｌ ｅｓ［Ｍ］，ＭＩＴＳＶＢＩＳＨＩ，１９９ｓｋ【２］马瑞卿．自举式Ｉ２ＲｌＯ集成驱动电路的特殊应用【Ｊ］．电 力电子技术，２以刃（２）：３１一３３．〔３］赏星堆，项新建．双电源智能自动切换系统的研究【Ｊ］．机电工程， ２１洲拓，２３（７）：８１一２０．〔４］林渭勋．现代电力电子电路【Ｍ］．杭州：浙江大学出版杜，２００２ 【５］尹海．ＩＧ盯姐动电路性能分析【Ｊ〕．电力电子技术，１９９８（２）： ３１一３３‘〔编辑：罗向阳〕