igbt的驱动电路及短路保护原理（igbt的驱动和保护电路图）

一、什么是IGBT？

绝缘栅双极型晶体管（以下简称IGBT）是一种化合物半导体器件，它结合了MOSFET的快速开关能力、高频工作、高输入阻抗、驱动电路简单和良好的热特性等优点，同时还具备GTR具有载流能力高、阻断电压高的优点。因此，IGBT是一种可以替代GTR的理想开关器件，广泛应用于各种需要关断能力的应用中，例如各种固态电源系统。

然而，对于IGBT来说，必须采用合理的驱动电路，因为控制不当可能会造成损坏，包括过流导致IGBT失效，从而可能对整个系统的性能产生不利影响。因此，本文主要讨论IGBT的驱动和短路保护，在分析其工作原理的基础上，进而对驱动电路的过流保护进行设计和仿真。

二、IGBT驱动要求

IGBT是一种电压控制器件。为了保证其能够安全可靠地开通和关断，驱动电路必须满足以下条件。值得注意的是，IGBT的栅极电容比MOSFET大得多，因此需要适当的栅极偏置电压和栅极串联电阻来提高开关速度。

1、栅极电压：在导通状态下，栅极驱动电压不能超过参数表规定的极限值（通常为20V），最佳栅极正向偏置电压为15V1.5V。该电压水平允许IGBT 达到饱和，从而最大限度地减少传导损耗。关断状态下，当IGBT处于阻断状态时，可在栅极和源极之间加-5~-15V的反向电压，以减少关断时间，提高IGBT的阻断能力和抗干扰能力。

2. 栅极串联电阻（RG）：选择合适的栅极串联电阻（RG）对于驱动IGBT 至关重要。 RG影响开关损耗，主要与输入电容充放电的动态电流变化有关。由于IGBT的输入阻抗在10^9到10^11之间，因此直流增益可以达到10^8到10^9，而几乎没有功耗。根据电流和电压额定值以及开关频率，通常选择数十至数百欧姆的适当RG值。建议参考设备手册了解更具体的RG值。

3、对驱动电源的要求：IGBT的开关过程会消耗驱动电源一定的功率。功耗取决于栅极电压差、工作频率、栅极电容和电源最小峰值电流等参数。

三、IGBT过流保护

IGBT的过流保护是限制短路电流并将其控制在安全工作范围内，防止IGBT损坏。当上下电极同时导通时，电源电压几乎完全施加到开关上。在这种情况下，高短路电流可能会导致器件损坏。

IGBT过流保护分析

包含隔离光耦和过流保护的IGBT驱动电路，如下图所示。

1、隔离光耦（6N137）：高速隔离光耦6N137保证输入输出信号之间的电气隔离，适合高频应用。

2、驱动电路：主驱动电路采用推挽输出配置，降低输出阻抗，增强驱动能力，适合驱动大功率IGBT。

3、过流保护：过流保护电路依靠集电极饱和。当发生过流时，IGBT 关断。该保护机制涉及V1、V3、V4、D1、R6、R7 和V2 等组件，这些组件协同工作以检测并响应过流情况。

额外的双向稳压器（D3 和D4）用于保护功率器件免受静电放电影响。

四模拟与实验

高电平(15V) 和低电平(-5V) 方波信号作为驱动电路的输入。 IGBT的输出波形如下图所示。

综上所述，所提出的IGBT驱动电路确保向IGBT提供适当的驱动电压（-5V和+15V），以保证IGBT的平滑切换。该电路包含过流保护机制，可防止IGBT 在过流事件中损坏。其多功能性、根据负载动态调整最大电流的能力以及通过使用分立元件降低总体系统成本使其成为各种应用的理想选择。