1前言

　　绝缘栅场效应晶体管(igbt)作为一种复合型器件，集成了mosfet的电压驱动和高开关频率及功率管低损耗、大功率的特点，在电机控制、开关电源、变流装置及许多要求快速、低损耗的领域中有着广泛的应用。本文对应用于有源电力滤波器的igbt的特性及其专有exb84l型驱动器的设计进行讨论，并提出一种具有完善保护功能的驱动电路。

　　有源电力滤波器设计中应用4个igbt作为开关，并用4个exb84l组成驱动电路，其原理如图l所示。在实验中，根据补偿电流与指令电流的关系，用数字信号处理器(dsp)控制pwm引脚的高低电平，并由驱动电路控制igbt的通断。驱动电路同时对过流故障进行监测，由dsp采取封锁控制信号、停机等处理。

　　

　　2 驱动电路的设计

　　2.1 驱动电路电源

　　驱动电路需要4路相互隔离的直流电源为4路igbt驱动电路供电，用220v/22v变压器对4路交流电源分别整流，用电容器和78l24型电压调整器稳压后输出4路24v直流电压，如图2所示。

2.2 栅极电压

　　igbt通常采用栅极电压驱动，它对栅极驱动电路有着特殊的要求。栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要足够大，导通时，前沿很陡的栅极电压uge可以使igbt快速导通，并减小导通损耗，关断时，其栅极驱动电路要给igbt提供一个下降很陡的关断电压，并在栅极和发射极之间施加一个适当的反向负偏压，以便使igbt快速关断，并减小关断损耗。igbt导通后，栅极的驱动电压和电流要有足够的宽度，以保证igbt在瞬时过载时未退出饱和区受到损坏。栅极驱动电压推荐值为15 v±1.5 v，这个电压值使igbt完全饱和导通，并使通态损耗减至最小。施加关断负偏压可以抑制c-e间出现du/dt时igbt的误导通，也可以减少关断损耗。

　　2.3 门极电阻r1

　　门极电阻r1的选取对通态电压、开关时间、开关损耗及承受短路的能力都有不同程度的影响。当门极电阻增大时，igbt的开通和关断时间增加，从而使导通和关断损耗增加。当门极电阻减小时，则会导致di/dt增加，从而引起igbt的误导通。所以应根据igbt的电流容量和电压额定值以及开关频率的不同选择r1的阻值。

　　rl的值可以用下式计算：

　　

　　ic为igbt的集电极电流。如图3所示，一般r1取十几欧姆到几十欧姆，r2为30 ω。由于igbt是压控器件，当集-射极间加高压时，很容易受外界干扰，而使栅-射极间电压超过一定值，引起器件误导通，为了防止这种现象的发生，在栅-射极间并联一电阻器r6可起到一定作用。一般r6阻值是r2阻值的l 000~5 000倍，而且应将它并联在栅-射极最近处。电路中的电容器cl和c2用来抑制因电源接线阻抗引起的供电电压变化，而不是用于电源滤波。

　　2.4 exb841驱动环节

　　笔者在实验中采用的是exb841型专用igbt驱动模块，其最高运行频率为40 khz，输入信号经内部光耦隔离，光隔驱动电流为10 ma，最大延时约为1 μs。工作温度范围为-10℃~+85℃，供电电压为+20 v～+25 v。笔者对exb841功能进行了扩展，图3为驱动环节电路。

　　exb841的6引脚连接的二极管可检测igbt的饱和压降，用来完成过流保护功能，4引脚的过流保护信号延时10μs输出。当igbt有过流时，若uce大于7.5v，内部过流保护电路开始动作，软关断ig-bt。通常在igbt通过额定电流时uce为3.5 v，当uce=7.5 v时，igbt有过流，其值约为额定电流的3~5倍，但是由于没有达到保护的阈值，保护电路不起作用。如果长时间工作在这种状态，则会导致igbt损坏。为了可靠地保护igbt，应该降低过流保护阈值，可以在d1与igbt的集电极间反串一个稳压管，或多串几个与d1同规格的快速恢复二极管。如图3通过反串一个in4728型3.3 v稳压管使保护阈值降为4.2v。当检测到igbt过流后，5引脚变为低电平，tpl521型光耦输出低电平，通过与门封锁控制信号输入，同时使4输入与非门输出低电平，触发功率驱动保护中断，完成相应的保护处理。

　　2.5 控制部分与驱动部分的隔离

　　控制电路为弱电部分，极易受到干扰;驱动电路直接与外电路连接，是一个较强的干扰源;为了实现整个设备的电磁兼容，控制电路部分必须与驱动部分隔离。为了避免公共电源对控制电路产生干扰，应对控制电路及驱动电路分别供电，exb84l的电源电压为+20 v，一般控制电路的供电电压为5 v，因此，可以利用图4所示的dc-dc微功率模块进行电源隔离，采用a2405d型微功率模块实现电源的隔离。

　　

1前言

　　绝缘栅场效应晶体管(igbt)作为一种复合型器件，集成了mosfet的电压驱动和高开关频率及功率管低损耗、大功率的特点，在电机控制、开关电源、变流装置及许多要求快速、低损耗的领域中有着广泛的应用。本文对应用于有源电力滤波器的igbt的特性及其专有exb84l型驱动器的设计进行讨论，并提出一种具有完善保护功能的驱动电路。

　　有源电力滤波器设计中应用4个igbt作为开关，并用4个exb84l组成驱动电路，其原理如图l所示。在实验中，根据补偿电流与指令电流的关系，用数字信号处理器(dsp)控制pwm引脚的高低电平，并由驱动电路控制igbt的通断。驱动电路同时对过流故障进行监测，由dsp采取封锁控制信号、停机等处理。

　　

　　2 驱动电路的设计

　　2.1 驱动电路电源

　　驱动电路需要4路相互隔离的直流电源为4路igbt驱动电路供电，用220v/22v变压器对4路交流电源分别整流，用电容器和78l24型电压调整器稳压后输出4路24v直流电压，如图2所示。

2.2 栅极电压

　　igbt通常采用栅极电压驱动，它对栅极驱动电路有着特殊的要求。栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要足够大，导通时，前沿很陡的栅极电压uge可以使igbt快速导通，并减小导通损耗，关断时，其栅极驱动电路要给igbt提供一个下降很陡的关断电压，并在栅极和发射极之间施加一个适当的反向负偏压，以便使igbt快速关断，并减小关断损耗。igbt导通后，栅极的驱动电压和电流要有足够的宽度，以保证igbt在瞬时过载时未退出饱和区受到损坏。栅极驱动电压推荐值为15 v±1.5 v，这个电压值使igbt完全饱和导通，并使通态损耗减至最小。施加关断负偏压可以抑制c-e间出现du/dt时igbt的误导通，也可以减少关断损耗。

　　2.3 门极电阻r1

　　门极电阻r1的选取对通态电压、开关时间、开关损耗及承受短路的能力都有不同程度的影响。当门极电阻增大时，igbt的开通和关断时间增加，从而使导通和关断损耗增加。当门极电阻减小时，则会导致di/dt增加，从而引起igbt的误导通。所以应根据igbt的电流容量和电压额定值以及开关频率的不同选择r1的阻值。

　　rl的值可以用下式计算：

　　

　　ic为igbt的集电极电流。如图3所示，一般r1取十几欧姆到几十欧姆，r2为30 ω。由于igbt是压控器件，当集-射极间加高压时，很容易受外界干扰，而使栅-射极间电压超过一定值，引起器件误导通，为了防止这种现象的发生，在栅-射极间并联一电阻器r6可起到一定作用。一般r6阻值是r2阻值的l 000~5 000倍，而且应将它并联在栅-射极最近处。电路中的电容器cl和c2用来抑制因电源接线阻抗引起的供电电压变化，而不是用于电源滤波。

　　2.4 exb841驱动环节

　　笔者在实验中采用的是exb841型专用igbt驱动模块，其最高运行频率为40 khz，输入信号经内部光耦隔离，光隔驱动电流为10 ma，最大延时约为1 μs。工作温度范围为-10℃~+85℃，供电电压为+20 v～+25 v。笔者对exb841功能进行了扩展，图3为驱动环节电路。

　　exb841的6引脚连接的二极管可检测igbt的饱和压降，用来完成过流保护功能，4引脚的过流保护信号延时10μs输出。当igbt有过流时，若uce大于7.5v，内部过流保护电路开始动作，软关断ig-bt。通常在igbt通过额定电流时uce为3.5 v，当uce=7.5 v时，igbt有过流，其值约为额定电流的3~5倍，但是由于没有达到保护的阈值，保护电路不起作用。如果长时间工作在这种状态，则会导致igbt损坏。为了可靠地保护igbt，应该降低过流保护阈值，可以在d1与igbt的集电极间反串一个稳压管，或多串几个与d1同规格的快速恢复二极管。如图3通过反串一个in4728型3.3 v稳压管使保护阈值降为4.2v。当检测到igbt过流后，5引脚变为低电平，tpl521型光耦输出低电平，通过与门封锁控制信号输入，同时使4输入与非门输出低电平，触发功率驱动保护中断，完成相应的保护处理。

　　2.5 控制部分与驱动部分的隔离

　　控制电路为弱电部分，极易受到干扰;驱动电路直接与外电路连接，是一个较强的干扰源;为了实现整个设备的电磁兼容，控制电路部分必须与驱动部分隔离。为了避免公共电源对控制电路产生干扰，应对控制电路及驱动电路分别供电，exb84l的电源电压为+20 v，一般控制电路的供电电压为5 v，因此，可以利用图4所示的dc-dc微功率模块进行电源隔离，采用a2405d型微功率模块实现电源的隔离。