IGBT发展历史IGBT发展历史.doc

IGBT驱动芯片IXDN404应用及改进 朱选才，周惠升 (浙江大学电气工程学院，浙江??? 杭州??? 310027） 摘要：介绍了IXYS公司大功率IGBT驱动芯片IXDN404的特点及性能，并在此基础上，根据IGBT驱动的实际要求，设计出了一种具有过流保护及慢关断功能的简单有效的驱动电路，给出了实际电路图和驱动波形。 关键词：IGBT；驱动与保护；IXDN404 　 0??? 引言 ??? 绝缘栅晶体管IGBT是近年来发展最快而且很有前途的一种复合型器件，并以其综合性能优势在开关电源、UPS、逆变器、变频器、交流伺服系统、DC/DC变换、焊接电源、感应加热装置、家用电器等领域得到了广泛应用。然而，在其使用过程中，发现了不少影响其应用的问题，其中之一就是IGBT的门极驱动与保护。目前国内使用较多的有富士公司生产的EXB系列，三菱公司生产的M579系列，MOTOROLA公司生产的MC33153等驱动电路。这些驱动电路各有特点，均可实现IGBT的驱动与保护，但也有其应用限制，例如：驱动功率低，延迟时间长，保护电路不完善，应用频率限制等。本文，以IXYS公司生产的IGBT驱动芯片IXDN404为基础，介绍了其特性和参数，设计了实际驱动与保护电路，经过实验验证，可满足IGBT的实际驱动和过流及短路时实施慢关断策略的保护要求。 1??? IXDN404驱动芯片简介 ??? IXDN404为IXYS公司生产的高速CMOS电平IGBT/MOSFET驱动器，其特性如下： ??? ——高输出峰值电流可达到4A； ??? ——工作电压范围4.5V～25V； ??? ——驱动电容1800pF15ns； ??? ——低传输延迟时间； ??? ——上升与下降时间匹配； ??? ——输出高阻抗； ??? ——输入电流低； ??? ——每片含有两路驱动； ??? ——输入可为TTL或CMOS电平。 ??? 其电路原理图如图1所示，主要电气参数如表1所列。 图1??? IXDN404电路原理图 表1??? IXDN404主要电气参数 符号 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 Vih 输入门限电压，逻辑1 　 3.5 　 　 V Vil 输入门限电压，逻辑0 　 　 　 0.8 V Voh 输出电压，逻辑1 　 Vcc－0.025 　 　 V Vol 输出电压，逻辑0 　 　 　 0.025 V Ipeak 峰值输出电流 Vcc=18V 4 　 　 A Idc 连续输出电流 Vce=18V 　 　 1 A tr 上升时间 C1=1800pF Vcc=18V 11 12 15 ns tf 下降时间 C1=1800pF Vcc=18V 12 14 17 ns tond 上升时间延迟 C1=1800pF Vcc=18V 33 34 38 ns toffd 下降时间延迟 C1=1800pF Vcc=18V 28 30 35 ns Vcc 供电电压 　 4.5 18 25 V Icc 供电电流 Vin=＋Vcc 　 　 10 μA 2??? 驱动芯片应用与改进 ??? 图2为IXDN404组成的IGBT实用驱动与保护电路，该电路可驱动1200V/100A的IGBT，驱动电路信号延迟时间不超过150ns，所以开关频率图2由IXDN404组成的IGBT保护与驱动电路图1IXDN404电路原理图可以高达100kHz。可应用于DSP控制的高频开关电源、逆变器、变频器等功率电路中。根据IXYS公司的使用手册，IXDN404仅能提供0～＋Vcc的驱动脉冲。我们在此基础上，增加5.1V稳压二极管Z3以实现－5V偏置电压；由稳压管电压为光耦6N137和反相器CD4069供电，节省了一路驱动电源；增加降栅压及慢关断保护电路，实现IGBT的保护功能；降栅压及慢关断电路是通过控制IXDN404供电电压Vcc来实现的，明显不同于其它保护电路的前级降压控制方式。下面介绍其工作原理。 图2??? 由IXDN404组成的IGBT保护与驱动电路 2.1??? 正常开通过程 ??? 当控制信号为高电平时，快速光耦6N137导通，经过一级反相，输入IXDN404，输出＋15V脉冲，IGBT正常导通。同时，由于光耦输出为反相，V4截止，V5导通，C1由电源充电，C1电压不会超过9V，这是因为IGBT正常导通时Vces不高于3V，二极管D2导通，A点电位箝位在8V，加上电阻R10的压降，C点电位接近9V。Z1截止，V2截止，V1导通，B点电