基于M57962L的IGBT驅動電路

陳啟明 楊帆 王端 宋耀東

【摘要】IGBT具有開關速度快、柵極驅動電流小、驅動功率大等特點得到廣泛應用。針對 IGBT 驅動的實際要求，介紹了IGBT工作特性，并利用M57962L設計出一種適用的IGBT驅動電路。

【關鍵詞】M57962L;IGBT;驅動;電路

ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers.IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the MOSFET fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.

KEY WORDS：M57962L;IGBT;drive;circuit

引言

IGBT是一種新型功率器件，即絕緣柵極雙極集體管（Isolated Gate Bipolar Transistor），是上世紀末出現的一種復合全控型電壓驅動式電力電子器件。它將GTR和MOSFET的優點集于一身：輸入阻抗高，開關頻率高，工作電流大等，在變頻器、開關電源、弧焊電源等領域得到廣泛地應用[1]。

IGBT具有一個2.5V～5.0V的閥值電壓，有一個容性輸入阻抗，因此IGBT對柵極電荷集聚很敏感。故驅動電路必須可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，同時驅動電源的內阻一定要小，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的開關損耗盡量要小。

在IGBT承受短路電流時，如果能及時關斷它，則可以對IGBT進行有效保護。識別IGBT是否過流的方法之一，就是檢測其管壓降VCE的大小。IGBT在開通時，若VCE過高則發生短路，需立即關斷IGBT。在過流關斷IGBT時，由于IGBT中電流幅度大，若快速關斷時，必將產生過高，在IGBT兩端產生很高的尖峰電壓，極易損壞IGBT，因此就產生了“軟慢關斷”方法。M57962L驅動電路就是依照上述理論進行設計的。

1.驅動芯片M57962L簡介

M57962L是日本三菱公司生產的專用驅動IGBT模塊的驅動器，其內部結構方框圖如圖1所示。它由光藕合器、接口電路、檢測電路、定時復位電路以及門關斷電路組成。

圖1 驅動芯片M57962L內部結構方框圖

M57962L主要有以下特點：（1）具有較高的輸人輸出隔離度（VISO=2500Vrms）;（2）采用雙電源供電方式，以確保IGBT可靠通斷;（3）內有短路保護電路;（4）輸人端為TTL門電平，適于單片機控制[2]。

1.1 引腳排列及主要性能參數

M57962L驅動器的印刷電路及外殼用環氧樹脂封裝，公有14根引腳，其中②，③，④，⑦，⑨，⑩為空腳，其外型與引腳排列如圖2所示。

M57962L的主要參數列于表1中。

1.2 保護工作原理

M57962L內部具有短路保護功能，其保護電路工作流程圖如圖3所示。檢測電路檢測到檢測輸人端①腳為15V高電平時，判定為電路短路，立即啟動門關斷電路，將輸出端⑤腳置低電平，同時輸出誤差信號使故障輸出端⑧腳為低電平，以驅動外接保護電路工作。經1-2ms延時，如果檢測出輸人端 腳為高電平，則M57962L復位至初始狀態。

圖2 驅動芯片M57962L引腳圖

表1 M57962L的主要參數

圖3 M57962L保護工作原理

2.M57962L應用電路

圖4 IGBT驅動電路

電源去耦電容C2～C7采用鋁電解電容器，容量為100μF/50V，R1阻值取1kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1kΩ，電源采用正負15V電源模塊分別接到M57962L的4腳與6腳，邏輯控制信號IN經13腳輸入驅動器M57962L。雙向穩壓管Z1選擇為9.1V，Z2為18V，Z3為30V，防止IGBT的柵極、發射極擊穿而損壞驅動電路，二極管采用快恢復的FR107管。

3.雙極性圖騰柱驅動器

使用M57962L，必須選擇合適的驅動電阻。為了改善柵極控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減小集電極電流的上升率，需要在柵極回路中串聯電阻RG，若柵極電阻過大，則IGBT的開通與關斷能耗均增加;若柵極電阻過小則使過大可能引發IGBT的誤導通，同時RG上的能耗也有所增加。所以選擇驅動電阻阻值時，要綜合考慮這兩方面的因素，并防止輸出電流IOP超過極限值5A，RG的選取可以依據公式[3]：

對大功率的IGBT模塊來說，RGMIN數值一般按下式計算：

這是因為對于大功率的IGBT模塊，為了平衡模塊內部柵極驅動和防止內部的振蕩，模塊內部的各個開關器件都會包含有柵極電阻器，數值視模塊種類不同而不同，一般在0.75～3Ω之間，而f的數值則依靠柵極驅動電路的寄生電感和驅動器的開關速度來決定，所以獲得的最佳辦法就是在改變 RG時監測IOP，當IOP達到最大值時，RG達到極限值。

但在使用中應注意，RG不能按前面的公式計算，而要略大于。如果 RG過小會造成IGBT柵極注入電流過大，使IGBT飽和，無法關斷，即在驅動脈沖過去的一段時間內IGBT仍然導通。本設計中要驅動IGBT為大電流的功率器件，所以在選擇RG時綜合上述的要求，選取RG為3.5Ω。

4.結論

IGBT具有開關速度快、柵極驅動電流小、驅動功率大等特點得到廣泛應用。針對 IGBT 驅動的實際要求，介紹了IGBT工作特性，并利用M57962L設計出一種適用的IGBT驅動電路。

參考文獻

[1]藍宏，等.大電流高頻IGBT用M57962L驅動能力解決方案研究[J].研究與應用，2006，30（2）：35-37.

[2]田穎，陳培紅，等.交流逆變器中IGBT的驅動與保護[J].電器開關，2007，6（1）：73-75.

[3]王毅，等.IGBT專業驅動器M57962L[J].器件與元件，2007，28（3）：160-163.