功率器件的不断发展推动了其驱动电路的发展,相继出现许多专用驱动集成电路。IGBT 的触发和关断要求给栅极和基极之间加上正向电压与负向电压,栅极电压可由不同驱动电路产生。选择这些驱动电路时必须依据以下参数:器件关断偏置要求、栅极电荷要求、耐固性要求与电源情况。
图1-19 典型的 IGBT 栅极驱动电路
图1-19 为一典型 IGBT 驱动电路原理示意。因 IGBT 栅极—发射极阻抗大,可使用 MOSFET 驱动技术触发;但由于 IGBT 输入电容较 MOSFET 大,其关断偏压应比许多 MOSFET 驱动电路提供的偏压更高。对 IGBT 驱动电路的一般要求如下:
(1)栅极驱动电压。IGBT 开通时,正向栅极电压值应足够使 IGBT 完全饱和,将通态损耗减至最小,同时限制短路电流及功率应力。任何情况下开通时栅极驱动电压应在 12~20 V 之间;栅极电压为零时 IGBT 处断态。为保证 IGBT 在集电极—发射极电压出现 du/dt 噪声时仍保持关断,须在栅极施加反向关断偏压,反向偏压还减少关断损耗,应在 -5~-15 V 之间。
(2)串联栅极电阻(RG)。选择适当栅极串联电阻对 IGBT 栅极驱动相当重要。IGBT 开通与关断通过栅极电路充放电实现,故栅极电阻值对动态特性影响极大。阻值较小使栅极电容充放电较快、减小开关时间与开关损耗,从而增强器件耐固性(避免 du/dt 误导通);但小电阻只能承受较小栅极噪声,并可能导致栅极—发射极电容与栅极驱动导线寄生电感产生振荡。
(3)栅极驱动功率。IGBT 消耗来自栅极电源的功率,其功率受栅极驱动负、正偏置电压差值 ΔUGE、栅极总电荷 QG 与工作频率 fs 的影响。电源最大峰值电流 IGPK=±(ΔUGE/RG);电源平均功率 PAV=ΔUGE·QG·fs。