大功率IGBT驅動技術的現(xiàn)狀與發(fā)展（上）

1　引言
　　電力電子技術在當今急需節(jié)能降耗的工業(yè)領域里起到了不可替代的作用;而igbt在諸如變頻器、大功率開關電源等電力電子技術的能量變換與管理應用中，越來越成為各種主回路的首選功率開關器件，因此如何安全可靠地驅動igbt工作，也成為越來越多的設計工程師面臨需要解決的課題。
　　在使用igbt構成的各種主回路之中，大功率igbt驅動保護電路起到弱電控制強電的終端界面(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立的“子系統(tǒng)”來研究、開發(fā)及設計。
　　大功率igbt驅動保護電路一直伴隨igbt技術的發(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驅動保護電路專用產品，成為大多數(shù)設計工程師的首選;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驅動保護電路。本文對這些大功率igbt驅動保護電路進行分類，并對該電路需要達到的一些功能進行闡述，最后展望此電路的發(fā)展。此外本文所述大功率igbt驅動保護電路是指應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驅動保護電路的分類
　　按照大功率igbt驅動保護電路能夠完成的功能來分類，可以將大功率igbt驅動保護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驅動保護電路一般是由光耦和功率緩沖器構成，如hcpl-3150 等，如圖1所示。它將普通控制信號的ttl/cmos輸入電平信號轉變?yōu)檎撌畮追膇gbt門極驅動輸出電平，正負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

　　工程師進行設計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、門極驅動電阻等，就可直接驅動igbt，形成最簡單的大功率igbt驅動保護電路;也可以自己配上一些外圍電路形成多功能型驅動器。
　　單一功能型的大功率igbt驅動保護電路的最大優(yōu)點是應用靈活、成本較低。它既可以應用于諸如斬波、boost等需要單只igbt運行的主回路，也可以應用于由多只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，所以留給設計工程師的開發(fā)任務量大，這也是單一功能型的大功率igbt驅動保護電路的最大缺點。這里的邏輯處理電路一般是指上電順序邏輯及各類保護處理等功能。
　　此外像hcpl-3150 等驅動器的驅動能力有限，一般都在3a以下，如果驅動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驅動保護電路除了提供直接驅動igbt的功能之外，還可以提供完善的保護功能，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或者采用集成封裝技術，可以直接兼容cmos/ttl電平。工程師進行設計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、門極驅動電阻等，就可以成為一個較為完整的大功率igbt驅動保護電路。
　　m57962、hcpl-316j等驅動器本身具有較完整的保護功能，集成度高。其最大的優(yōu)點是使開發(fā)人員的工作得到簡化，而且可靠性高，非常適于多路驅動的場合。但是由于它們的驅動能力也有限，如果驅動更高功率的igbt，也需要外接更大的功率緩沖電路。
m57962、hcpl-316j等驅動器一般提供軟關斷功能，在需要保護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四層結構免于進入“可控硅栓鎖”狀態(tài)。此外像hcpl-316j等驅動器還具備欠壓鎖定保護功能，這大大簡化了設計者的工作。
2.3　全功能型
　　全功能型的大功率igbt驅動保護電路除了具有各類完善的保護功能之外，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