高压IGBT驱动1SP0635剖析

宋自珍

（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412005）

1 概述

IGBT既具有功率MOSFET的高速开关及电压驱动特性，又具有晶体管（GTR）低饱和电压及易实现大电流的能力，在电力领域中具有广泛应用。在IGB的应用中，大功率IGBT驱动起到了弱电控制强电的作用。国际市场上主要的驱动公司有Inpower和Power Integrations（PI）等。

1SP0635是为从1 200～3 300 V电压等级高压大功率IGBT特别设计的可靠、安全驱动，是PI公司在集成了第二代SCALE芯片的基础上开发的即插即用型驱动器。驱动基于主-从原则并允许并联IGBT模块的安全操作，主驱动器可以不用从驱动而独立驱动，也可以外带最多2个从驱动器，同时实现3个并联IGBT模块的驱动。其输出驱动电压±15 V，栅极输出最大电流±35A，驱动功率6 W。

2 驱动保护

2.1 内部结构

1SP0635V的基本结构如图1所示，其具有Vce检测及短路保护、集电极有源箝位、欠电压保护等功能。

图1 驱动器基本结构

2.2 短路保护

在1SP0635驱动上配备有Vce检测电路。由于内部有60 V电源，其基准电压可以达到50 V以上，如图2所示。

此Vce检测电路采用电阻网络结构。IGBT关断时，内部MOSFET开通，Ca电位被箝在低电位，比较器不输出短路信号，当IGBT处于正常导通过程中，内部MOSFET关断，集电极电压给电容充电，电位接近IGBT通态压降。当IGBT短路时，退出饱和区，集电极电压升高，给Ca充电，当Ca上的电压大于基准电压，比较器输出短路信号。短路信号及时通过逻辑芯片关断栅极信号，同时，将故障信号传至上层控制电路，做到很好的保护。

图2 Vce检测电路

2.3 有源箝位

IGBT在关断时由于其自身电感和线路杂感的存在，会产生一定的电压尖峰，而有源箝位电路的目标是箝住集电极电位，使其保持在正常水平，如果关断时产生的电压尖峰过高，则会使IGBT受到破坏。IGBT的栅极有源箝位是利用反馈原理，将IGBT关断时的集电极电压信号（通过反向击穿TVS将电压信号转化为电流信号）反馈到栅极，对IGBT的关断过程进行控制，从而实现对IGBT关断过电压的抑制。IGBT关断时，通过调节集电极和栅极间的TVS管的反向击穿电压（BVR），可将电压抑制在IGBT的安全工作区内。

图3是1SP0635驱动配备的有源钳位原理。如果集电极与栅极之间的电压VCG低于TVS BVR时，则TVS处于截止状态；如果集电极与栅极之间的电压VCG高于TVS BVR时，TVS被击穿时，电流通过两级反馈，一级反馈通过二极管直接作用于栅极，一级通过电阻进入ACC电路作用于栅极，其抬高了栅极电压VGE，从而把集电极电压VCE控制在一定范围内。随着集电极反馈电流的减小，VGE慢慢降低直至IGBT完全关断，延迟了关断时间。当VCG小于箝位电压时，TVS重新恢复到截止状态，最终IGBT上的过电压被箝位在TVS管的BVR水平。

图3 有源钳位基本电路

2.4 功能对比

1SP0635驱动相比于传统的IGBT驱动在以下方面都有所改进。1SP0635中电源输入15 V，内部电源模块输出16 V，经过推挽电路后，其输出的驱动电压仍可以达到15 V，保证了驱动的电压幅值。驱动内部通过倍压电路产生60 V的内部电压，可以提高短路保护的基准电压，有效防止了IGBT发生误保护；开通电阻与关断电阻相互独立，可单独设置；栅极钳位使用上拉二极管钳位，使栅极电压不会超过15.7 V；具有有源箝位功能，防止关断时电压过高击穿IGBT。

参考文献：

［1］周志敏，纪爱华.IGBT驱动与保护电路设计及应用实例［M］.北京：机械工业出版社，2011.