基于IGBT驱动光耦PC929的驱动和保护电路设计

摘要：本文根据IGBT驱动光耦特性总结了驱动电路的设计要求。采用PC929设计了一种简单、实用的IGBT驱动电路，分析了保护电路的性能。进行的正常开通关断实验和故障保护实验表明，该电路可满足IGBT驱动的要求，并具有可靠的保护功能。

关键词：IGBT；驱动电路；保护电路

1.引言

绝缘门极双极型晶体管IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor)，是八十年代中期发展起来的一种复合了功率场效应管和电力晶体管优点的新型复合器件，既具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此发展迅速，很快在电机驱动、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域得到广泛应用[1]。在IGBT的实际应用中，其栅极驱动电路的合理设计是保证IGBT安全可靠运行的重要环节。目前，国内外推出了针对IGBT的多种驱动模块，如EXB841、M57962L、IR2110[4]、IXDN404[7]等，实际应用中，多种IGBT驱动模块电路使用上都有其局限性[3]。本文介绍了一种采用PC929芯片的IGBT驱动电路设计方法，具有简单实用的优点，可用于中小功率的变流器。

2IGBT驱动电路设计要求

根据IGBT的特性，对其驱动电路有如下要求：

(1) 提供适当的正反向栅极电压，使IGBT可靠地开通和关断。当正偏压增大时IGBT通态压降和开通损耗均下降，但若栅极电压UGE过大，则负载短路时其IC随UGE增大而增大，对其安全不利。因此使用中UGE取15V左右的正向栅极电压较为合适[2]。负偏电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般选UGE为-10V左右为宜。

(2)IGBT开通后，驱动电路应提供足够的电压、电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致因退出饱和而损坏。

(3) 能为IGBT栅极提供具有较陡峭前后沿的驱动脉冲。IGBT的快速开通和关断可降低开关损耗。

(4) 选择恰当IGBT驱动电路中的栅极电阻和保护检测回路电阻。

(5) 具有栅压限幅电路，保护栅极不被击穿。IGBT栅极极限电压一般为土20 V，驱动信号超出此范围可能破坏栅极[6]。

(6) 驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。IGBT的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT的G-E端不能开路。

3.基于PC929的IGBT驱动电路设计

日本SHARP公司生产的PC929芯片具有高速、内建短路保护电路、使用方便等特点，是一种比较典型的驱动电路芯片。驱动电流最大为0.4A；具有小于0.5ms的高速响应时间；隔离电压高达4kV，适用于中小容量IGBT的驱动。

本文设计的基于PC929的驱动保护电路具有单电源、正负偏压、过流检测、可靠保护等主要特性，功能较为完善，具有广泛应用前景。驱动电路由驱动主电路和保护逻辑电路两部分组成。

3.1驱动电路简介

图1所示为基于PC929的驱动电路。PC929是内建短路保护电路的门极驱动高速光耦芯片，PWM脉冲输入到芯片1、3脚，26伏的供电电压接到13、14脚。由于桥臂上、下开关管驱动电压不能共地，因此每个IGBT管的驱动电路需要单独电源供电，本实验采用开关电源提供的各路独立的直流电源。

11脚通过R10构成门极脉冲输出，通过电阻R11和10