IGBT驅(qū)動(dòng)電路M57962L的剖析

中心論題：

IGBT是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式電力電子器件。

驅(qū)動(dòng)電路M57962L簡(jiǎn)介。

M57962L的工作原理。

解決方案：

一個(gè)2.5V～5.0V的閥值電壓使IGBT對(duì)柵極電荷集聚很敏感。

檢測(cè)管壓降VCE的大小可識(shí)別IGBT是否過(guò)流。

封閉性軟關(guān)斷功能提高IGBT安全性。

IGBT是一種新型功率器件，即絕緣柵極雙極集體管(Isolated GateBipolar Transistor)，是上世紀(jì)末出現(xiàn)的一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式電力電子器件。它將GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)集于一身：輸入阻抗高，開(kāi)關(guān)頻率高，工作電流大等，在變頻器、開(kāi)關(guān)電源，弧焊電源等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。

IGBT具有一個(gè)2.5V～5.0V的閥值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此IGBT對(duì)柵極電荷集聚很敏感。故驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電源的內(nèi)阻一定要小，即柵極電容充放電速度要快，以保證VGE有較陡的前后沿，使IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量要小。

在IGBT承受短路電流時(shí)，如果能及時(shí)關(guān)斷它，則可以對(duì)IGBT進(jìn)行有效保護(hù)。識(shí)別IGBT是否過(guò)流的方法之一，就是檢測(cè)其管壓降VCE的大小。IGBT在開(kāi)通時(shí)，若VCE 過(guò)高則發(fā)生短路，需立即關(guān)斷IGBT。在過(guò)流關(guān)斷IGBT時(shí)，由于IGBT中電流幅度大，若快速關(guān)斷時(shí)，必將產(chǎn)生Ldi/dt 過(guò)高，在IGBT兩端產(chǎn)生很高的尖峰電壓，極易損壞IGBT，因此就產(chǎn)生了“軟慢關(guān)斷”方法。M57962L驅(qū)動(dòng)電路就是依照上述理論進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

驅(qū)動(dòng)電路M57962L簡(jiǎn)介

M57962L是由日本三菱電氣公司為驅(qū)動(dòng)IGBT而設(shè)計(jì)的厚膜集成電路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部裝有2500V高隔離電壓的光電耦合器，過(guò)流保護(hù)電路和過(guò)流保護(hù)輸出端子，具有封閉性短路保護(hù)功能。M57962L是一種高速驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)tPLH 和tPHL最大為1.50μs。可以驅(qū)動(dòng)600V/400V 級(jí)的IGBT模塊。

M57962L工作程序:當(dāng)電源接通后，首先自檢，檢測(cè)IGBT是否過(guò)載或短路。若過(guò)載或短路， IGBT 的集電極電位升高，經(jīng)外接二極管流入檢測(cè)電路的電流增加，柵極關(guān)斷電路動(dòng)作，切斷IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)在“8”腳輸出低電平“過(guò)載/短路”指示信號(hào)。lGBT正常時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合接口電路，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大后驅(qū)動(dòng)IGBT。

M57962L的工作原理

M57962L采用雙電源+ Vcc和VEE ，原理如圖1所示。電路組成： (1) 放大隔離電路; (2) 定時(shí)復(fù)位電路;(3) 過(guò)流檢測(cè)電路; (4) 過(guò)流輸出電路。

圖1 　M57962L 芯片原理圖

a　正常開(kāi)通過(guò)程

當(dāng)控制電路使M57962L輸入端13和14腳有10mA的電流時(shí)光耦IC1導(dǎo)通， A點(diǎn)電位迅速下降至VEE，使IC2A的2腳輸出為高電平Vcc ，則三極管V2、V4導(dǎo)通，V3、V5截止，使V7導(dǎo)通，Vcc加到R17上，同時(shí)由R18/ (R17+ R18)大于R16/(R15+ R16)，導(dǎo)致IC2D 的13腳為低電位，V6 截止，R4/(R3 +R4)大于R16(R15 + R16)使IC2B 的13 腳截至，故IC2的14腳為高電平V1，截止，M57962L的8腳不輸出故障信號(hào)。

在M57962L輸入端13和14無(wú)電流時(shí)，IC1截止，A點(diǎn)電位上升使IC2A的2腳變?yōu)榈碗娢?，則使V3、V5導(dǎo)通，V2、V4截止。lGBT的門極(GATE)通過(guò)V5導(dǎo)通到VEE，而使IGBT關(guān)斷。IC2C的14腳輸出為低電平， 使V1、V7導(dǎo)通， 使IC2B、IC2D保持原先狀態(tài)不變。

b　短路故障狀態(tài)

若IGBT己導(dǎo)通發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象，則E、F兩點(diǎn)電壓升高，經(jīng)過(guò)保護(hù)延時(shí)而使得V7截止， IC2D的13腳變?yōu)榻刂?，使V6導(dǎo)通。在M57962L的8腳輸出故障信號(hào)，同時(shí)，V6使得A點(diǎn)變?yōu)榈碗娖絍EE進(jìn)入封閉型軟關(guān)斷過(guò)程，此時(shí)，M57962L的13和14 腳有無(wú)信號(hào)，對(duì)M57962L的狀態(tài)沒(méi)有影響。C6通過(guò)R14和R21放電使G點(diǎn)電位緩慢下降，從而實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。同時(shí)，C1則通過(guò)R4 放電使得IC2B的7腳的電位緩慢下降，當(dāng)C1 放電結(jié)束時(shí)，將打斷軟關(guān)斷過(guò)程。若IGBT的短路故障消失則電路就可以恢復(fù)正常工作;若IGBT的故障末消失，則M57962L輸出周期為1.3ms的脈沖信號(hào)(前沿陡，后沿緩) 。

M57962L采用+15V、- 10V雙電源供電，由于采用- 10V關(guān)斷電壓，能更可靠關(guān)斷，同時(shí)具有封閉性軟關(guān)斷功能，從而使IGBT更加安全的工作。