工程师浅析各种IGBT驱动电路和IGBT保护方法

EXB841/840驱动电路

EXB841工作原理如图1,当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us以后IGBT正常开通，VCE下降至3V左右，6脚电压被钳制在8V左右，由 于VS1稳压值是13V，所以不会被击穿，V3不导通，E点的电位约为20V,二极管VD，截止，不影响V4和V5正常工作。

当14脚和15脚无电流流过，则V1和V2导通，V2的导通使V4截止、V5导通，IGBT栅极电荷通过V5迅速放电，引脚3电位下降至0V,是IGBT栅一 射间承受5V左右的负偏压，IGBT可靠关断，同时VCE的迅速上升使引脚6“悬空”.C2的放电使得B点电位为0V,则V S1仍然不导通，后续电 路不动作，IGBT正常关断。

如有过流发生，IGBT的V CE过大使得VD2截止，使得VS1击穿，V3导通，C4通过R7放电，D点电位下降，从而使IGBT的栅一射间的电压UGE降低 ,完成慢关断，实现对IGBT的保护。由EXB841实现过流保护的过程可知，EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电压，6脚的电压不仅与VCE 有关，还和二极管VD2的导通电压Vd有关。

M57959L/M57962L厚膜驱动电路

M57959L/M57962L厚膜驱动电路采用双电源(+15V,-10V)供电，输出负偏压为-10V,输入输出电平与TTL电平兼容，配有短路/过载保护和 封闭性短路保护功能，同时具有延时保护特性。其分别适合于驱动1200V/100A、600V/200A和1200V/400A、600V/600A及其以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驱动中小功率的IGBT时，驱动效果和各项性能表现优良，但当其工作在高频下时，其脉冲前后沿变的较差，即信 号的最大传输宽度受到限制。且厚膜内部采用印刷电路板设计，散热不是很好，容易因过热造成内部器件的烧毁。

2SD315A集成驱动模块

集成驱动模块采用+15V单电源供电，内部集成有过流保护电路，其最大的特点是具有安全性、智能性与易用性。2SD315A能输出很大的峰 值电流(最大瞬时输出电流可达±15A)，具有很强的驱动能力和很高的隔离电压能力(4000V)。2SD315A具有两个驱动输出通道，适合于驱动等级为1200V/1700V极其以上的两个单管或一个半桥式的双单元大功率IGBT模块。其中在作为半桥驱动器使用的时候，可以很方便地设置死区时间。

2SD315A内部主要有三大功能模块构成，分别是LDI(Logic To Driver Interface,逻辑驱动转换接口)、IGD(Intelligent Gate Driver,智能门极驱动)和输入与输出相互绝缘的DC/DC转换器。当外部输入PWM信号后，由LDI进行编码处理，为保证信号不受外界条件的干扰，处理过的信号在进入IGD前需用高频隔离变压器进行电气隔离。从隔离变压器另一侧接收到的信号首先在IGD单元进行解码，并把解码后的PWM信号进行放大(±15V/±15A)以驱动外接大功率IGBT。当智能门极驱动单元IGD内的过流和短路保护电路检测到IGBT发生过 流和短路故障时，由封锁时间逻辑电路和状态确认电路产生相应的响应时间和封锁时间，并把此时的状态信号进行编码送到逻辑控制单元LDI.LDI单元对传送来的IGBT工作状态信号进行解码处理，使之在控制回路中得以处理。为防止2SD315A的两路输出驱动信号相互干扰 ,由DC/DC转换器提供彼此隔离的电源供电。

IGBT负载短路下的几种后果

(1) 超过热极限：半导体的本征温度极限为250℃，当结温超过本征温度，器件将丧失阻断能力，IGBT负载短路时，由于短路电流时结温升 高，一旦超过其热极限时，门级保护也相应失效。

(2) 电流擎住效应：正常工作电流下，IGBT由于薄层电阻Rs很小，没有电流擎住现象，但在短路状态下，由于短路电流很大，当Rs上的压降 高于0.7V时，使J1正偏，产生电流擎住，门级便失去电压控制。

(3) 关断过电压：为了抑制短路电流，当故障发生时，控制电路立即撤去正门级电压，将IGBT关断，短路电流相应下降。由于短路电流大， 因此，关断中电流下降率很高，在布线电感中将感生很高的电压，尤其是在器件内封装引线电感上的这种感应电压很难抑制，它将使器件有过电流变为关断过电压而失效。

IGBT过流保护方法

(1) 减压法：是指在故障出现时，降低门级电压。由于短路电流比例于外加正门级电压Ug1,因此在故障时，可将正门级电压降低。

(2) 切断脉冲方法：由于在过流时，Uce电压升高，我们利用检测集电极电压的方法来判断是否过流，如果过流，就切断触发脉冲。同时尽量采用软关断方式，缓解短路电流的下降率，避免产生过电压造成对IGBT的损坏。