高频电源模块驱动电路设计

　　一个理想的IGBT驱动电路应具有以下基本性能：

　　(1)动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动电压脉冲；

　　(2)IGBT导通后，栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要有足够的幅度，使IGBT的功率输出级总处于饱和状态，瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区而损坏；

　　(3)能向IGBT提供适当的正向栅压，一般取+15V为宜；

　　(4)能向IGBT提供足够的反向栅压，利于IGBT的快速关断，幅值一般为5V-15V；

　　(5)由于IGBT多用于高压场合，驱动电路必需有足够的输入输出电隔离能力且不影响驱动信号的正常传输；

　　(6)具有栅压限幅电路，保护栅极不被击穿；

　　(7)输入输出信号传输具有尽可能短的延时；

　　(8)当IGBT负载短路或过流时，能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现软关断；

　　(9)当出现过流、短路等情况时能迅速发出过流保护信号供给控制电路进行处理。

　　2、驱动器的选择

　　目前，市场上常见的驱动器有日本富士EXB系列、日本英达HR系列、日本三菱M579系列及美国Unitrode公司的UC系列，它们功能大致相同，但也有许多不同之处。目前国内流行使用的EXB841不具备定时逻辑栅压控制的功能，过流时若驱动器入口信号消失，则其出口信号随之消失而损坏IGBT，且关断负压－5V不够可靠。

　　HR065的短路保护稳定，但可靠性差。经过对比分析，我们选用日本三菱公司的M57962AL驱动器。该驱动器具有如下特点:

　　(1)采用高速光偶隔离，输入输出隔离绝缘强度高 ；

　　(2)输入输出电平与TTL电平兼容，适于单片机控制；   

　　(3)内部有定时逻辑短路保护电路，同时具有廷时保护特性；   

　　(4)具有可靠通断措施(采用双电源供电)；   

　　(5)驱动功率大，可以驱动600A/600V或400A/1200V的IGBT模块。

　　M57962AL是厚模单列直插式封装，如图1所示，是从左至右依次编号，其中9～12为空端。各引脚功能如下：

• 　　1端和2端：故障检测输入端；
• 　　4端：接正电源VCC ；
• 　　5端：驱动信号输出端 ；    
• 　　6端：接负电源VEE ；
• 　　8端：故障信号输出 ；
• 　　13端和14端：驱动信号输入端。

图1  M57962AL芯片的外观尺寸图

　　M57962AL芯片的内部结构及内部保护电路如图2和图3所示。

图2  M57962AL芯片的内部结构图

图3  M57962AL的内部保护电路图

　　3、 驱动电路的实现

　　IGBT的驱动电路原理图如图4所示。

图4  IGBT的驱动电路原理图

　　图中Q1为由控制电路产生的驱动信号输入，fault为本驱动电路在检测到过流等故障时发出的故障检测信号。C1、G1、E1分别接IGBT的源、栅、漏级。驱动电路的供电采用单电源加稳压管方式，主要考虑了以下几个方面的问题。

　　(1) 稳压管D的合理选择

　　驱动器M57962AL通过检测IGBT的通态饱和压降（即1脚的电压U1）来判断是否过流，当检测出IGBT的栅极和源极同为高电平时就判断为过流，此时降低栅极驱动电压。并通过光耦向控制电路发出故障信号。IGBT正常工作时的通态压降一般为2.5V～3.0V。而M57962AL的过流检测端的阀值电压Ucs设计为10V。如此高的阀值电压对诸如桥臂直通、负载短路等情况有一定的保护作用。但动作非常迟缓，甚至起不到保护作用。因此必须降低过流保护阀值，方法是在检测端串联一稳压管D2，通过实验来确定稳压管的稳压值。它们之间满足如下关系：

　　当芯片1脚的电压U1达到过流检测端的阀值电压UCS，M57962AL软降栅压，同时发出故障信号。VD2选取越大则允许的VCE越小，IGBT允许流过的电流值亦越小。在本课题研究中，设定的管压保护值为4.2V，对应的保护电流值为300A，所以采用的稳压管D2的压降为