高压隔离IGBT驱动模块设计及其电路实现

1、高压隔离IGBT驱动模块设计及其电路实现作者：海飞乐技术 时间：2018-05-23 13:541.引言IGBT器件结合了 M0SFET和GTR器件的优良特性，是当今电力电子高压应用领域的理 想器件，应用非常广泛，随着IGBT器件制造技术的进步。IGBT的应用范围正在向更大电 流、更高电压等级扩展。高压lGBT对驱动电路和保护电路都有很高的要求，国外厂商生产的IGBT模块通常有 专用的驱动器与之配套。其驱动和保护采用ASIC技术，可靠性高、性能完善，国内大功率 lGBT驱动器主要依靠进口。无自主知识产权、价格昂贵。有关高压、大功率IGBT模块驱 动技术研究相对比较滞后、尚无性能优良的专用驱动控

2、制ASIC。因此，IGBT驱动器及其控 制IC国产化是迫切需要解决的一项重要课题。2.高压隔离IGBT双路驱动模块研制方案本模块采用脉冲变压器隔离、内部自带高压隔离的辅助电源，采用双路输出，内部电 路采用对称设计，以求传输延迟时间相同。采用IGBT开通初期防误保护电路、并且预留外 部防湿保护参数调整引脚、力求用户设置保护盲区时间所需调整的参数少，调整方便。图 1所示为驱动模块结构框图LSI诚冲IE 卜带叫- 龊一pmVL_Ig_IF ICR _I1-UAJII融苫唆Ik踩诚冲IE 卜带叫- 龊一pmVL_Ig_IF ICR _I1-UAJII融苫唆Ik踩过吃冲；准浊xnr小叫1卸1理卜冲uiE

3、CiL COt-ZJ VSO： CCM2 LS2图1驱动模块结构框图3. IGBT驱动模块电路实现模块功能框图如图2所示，电路由初级模式选择电路、驱动信号调制电路、次级解调 与保护电路、变压器隔离以及DC/DC电源组成。图2模块功能框图招坪调制山础i图2模块功能框图招坪调制山础i电3.1隔离脉冲变压器脉冲变压器传递的是经过调制后的固定脉宽的窄脉冲。脉宽500ns。脉冲变压器要求 具有高压隔离和强共模干扰信号抑制功能。本电路采用了能满足设计要求的环形铁氧体磁 芯、初次级绕组分布磁芯两侧，实现高压隔离与信号传输。卫沮，代再j顷伊两谶度供扩|3.2卫沮，代再j顷伊两谶度供扩|3.2保护封锁与延时复位

4、电路本电路由集成定时器555及外围芯片组成的单稳定时电路构成。电路采用如图3所示 的保护策略。检测到过流或欠压时则迅速保护，经过一段保护延迟时间后、若故障消除则 自动恢复正常工作。图4为保护控制电路、过流保护和欠压保护电路的两路比较器输出信 号并联输入到Q4基极。愤壮正箔I ir图3过流、欠压保护控制策略图4保护控制电路图5内置DC/DC隔离电源电路4.电路的仿真与实验图4保护控制电路图5内置DC/DC隔离电源电路4.电路的仿真与实验4.1仿真实验为了检光电路功能和逻辑设计是否正确、并优化电路，对电路进行了仿真实验。图6 的上面为四个输入波形，下面为脉冲变压器次级输出波形。仿真结果显示，电路很

5、好地完3.3内置DC/DC隔离电源实现图5为DC/DC隔离电源，隔离电源出模块外部用户提供的15V直流电源V0共电， CD4047是多谐振荡器、将4、5、6、14脚接高电平，7、8、9、12脚接低电平。构成了无 稳态多谐振荡器，在1、2、3脚接R、C,输出端10脚和11脚输出占空比0.5的互补矩形 波输出矩形波经两个MOS管放大后，驱动推挽式功率变换电路的两个MOSFET开关管，经高 频变压器隔离后、在次级进行全桥整流，用5个104电容进行滤波，输出为16V直流电源, 18V稳压管是为防止输出电压过高，从而损坏IGBT而设计。4.2硬件实验通过搭建电路并经过大最的精心调试，对电路参数进行反复修改，制作了 IGBT驱动器 的硬件样机，并进行了实验。图7为在驱动器传输工作频率为50kliz的PWM脉冲时，脉冲变压器初级和次级波形，结果看出，模块调制电路实现了将驱动脉冲在上升沿调制成固定 脉宽窄脉冲的功能、调制波形很标准，脉冲变压器工作状态良好，传递脉冲无失真。图7 (a)脉冲变压器测试初级波形图7 (b)脉冲变压器测试次级波形5.结束语主流IGBT驱动器性能优越、可靠性高。但是，这些驱动器在技术层面和功能配备上也 存在着很多不足之处，必需在驱动器设计中根据需要加以克服，本文在对高压I