功率mosfet柵極驅(qū)動(dòng)電路
功率mosfet是場(chǎng)控型電力電子器件，它與前述scr及gto等電流控制型器件不同，門(mén)極為柵極，輸入阻抗很高，驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單得多。另外，由于mosfet結(jié)電容形成的極間電容較大，因此mosfet的柵極輸入端相當(dāng)于一個(gè)電容性負(fù)載，在管子導(dǎo)通時(shí)需要注入一定的電容充電電流，在導(dǎo)通后由于電場(chǎng)已建立，就不再需要驅(qū)動(dòng)電流了。
功率mosfet的柵極驅(qū)動(dòng)電路有多種形式，以驅(qū)動(dòng)電路與柵極的連接方式來(lái)分，有直接驅(qū)動(dòng)與隔離驅(qū)動(dòng)兩種。
柵極直接驅(qū)動(dòng)電路是最簡(jiǎn)單的一種形式，由于功率mosfet的的輸入阻抗很高，所以可以用ttl器件或cmos器件直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圖1是兩種直接驅(qū)動(dòng)的柵控電路。
圖1
圖1（a）所示柵控電路是利用晶體管t的放大作用，使充電電流放大，加快了電場(chǎng)的建立，提高了mosfet的導(dǎo)通速度。而圖1（b）是推挽式直接驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)晶體管t1和t2都使信號(hào)放大，提高了電路的工作速度，同時(shí)它們是作為射極輸出器工作的，所以不會(huì)出現(xiàn)飽和狀態(tài)，因此信號(hào)的傳輸無(wú)延遲。
柵極隔離驅(qū)動(dòng)方式分電磁式隔離和光電式隔離，由此構(gòu)成兩類不同的柵極驅(qū)動(dòng)電路。其中用脈沖變壓器隔離的柵極驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。
圖2
圖2中的輸入信號(hào)為高電平（on）時(shí)，t1導(dǎo)通，脈沖變壓器的次邊輸出正脈沖，使t2導(dǎo)通，t3也立刻導(dǎo)通。t3的導(dǎo)通又保證t2在輸入正脈沖時(shí)繼續(xù)保持導(dǎo)通，所以t4也導(dǎo)通，從而mosfet被可靠開(kāi)通。當(dāng)輸入信號(hào)為低電平（off）時(shí)，t1截止，脈沖變壓器輸出負(fù)脈沖，所以t2、t3、t4都相繼截止。這時(shí)因t5的發(fā)射極上有mosfet的輸入電容電壓，而t5的基極經(jīng)r4加有負(fù)脈沖，所以t5立即導(dǎo)通，從而使功率mosfet關(guān)斷。
igbt柵控電路的基本要求
對(duì)igbt柵控電路的基本要求可以歸納為下列幾點(diǎn)：
1．提供一定的正向和反向驅(qū)動(dòng)電壓，使igbt能可靠地開(kāi)通和關(guān)斷。
2．提供足夠大的瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)功率或瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)電流，使igbt能及時(shí)迅速地建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通。
3．具有盡可能小的輸入、輸出延遲時(shí)間，以提高工作頻率。
4．足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。
5．具有靈敏的過(guò)電流保護(hù)能力。
igbt器件與mosfet器件一樣，也是場(chǎng)控型器件，輸入阻抗很高，但對(duì)于大功率igbt，由于有相當(dāng)大的輸入電容，所以柵控電路應(yīng)有足夠大的正向電壓和輸出能力。柵極負(fù)偏壓對(duì)igbt的關(guān)斷特性影響不大，但對(duì)于用在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的逆變器電路中，為了使igbt能穩(wěn)定可靠地工作，還需要負(fù)偏壓。同時(shí)柵極負(fù)偏壓還能夠防止igbt在過(guò)大的dv/dt下發(fā)生誤觸發(fā)。
igbt柵控電路中的柵極電阻rg對(duì)它的工作性能影響較大，取較大的rg，對(duì)抑制igbt的電流上升率及降低元件上的電壓上升率都有好處。但若rg過(guò)大，就會(huì)過(guò)分延長(zhǎng)igbt的開(kāi)關(guān)時(shí)間，使開(kāi)關(guān)損耗加大，這對(duì)高頻的應(yīng)用場(chǎng)合是很不利的。而過(guò)小的rg會(huì)使di/dt太大而引起igbt的不正常或損壞，所以正確選擇rg的原則是應(yīng)在開(kāi)關(guān)損耗不太大的情況下，選擇略大的rg。rg的具體數(shù)值還與柵控電路的具體結(jié)構(gòu)形式及igbt的電壓、電流大小有關(guān)，大致在數(shù)歐姆到數(shù)十歐姆左右。
為了使柵極驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)電路隔離，應(yīng)采用抗噪音能力強(qiáng)、信號(hào)傳輸時(shí)間短的光耦合器件。另外，igbt的門(mén)極與發(fā)射極之間的引線應(yīng)盡量短，并且這兩根引線應(yīng)該絞合后使用，以減少柵極電感和干擾信號(hào)的進(jìn)入。
igbt集成驅(qū)動(dòng)電路
集成化模塊構(gòu)成的igbt柵控電路因其性能可靠、使用方便，從而得到了普遍應(yīng)用，也是驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展方向。
各大公司均有不同系列的igbt驅(qū)動(dòng)模塊，其基本功能類似，各項(xiàng)控制性能也在不斷提高。
例如富士公司的exb系列驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部帶有光耦合器件和過(guò)電流保護(hù)電路，它的功能如圖3所示。
圖3
exb系列驅(qū)動(dòng)模塊與igbt之間的外部接口電路如圖4所示。驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)外接晶體管的放大，由管腳14和管腳15輸入模塊。過(guò)電流保護(hù)信號(hào)由測(cè)量反映元件電流大小的通態(tài)電壓vce 得出，再經(jīng)過(guò)外接的光耦器件輸出，過(guò)電流時(shí)使igbt立即關(guān)斷。二只33uf的外接電容器用于吸收因電源接線所引起的供電電壓的變化。管腳1和管腳3的引線分別接到igbt的發(fā)射極e和門(mén)極g，引線要盡量短，并且應(yīng)采用絞合線，以減少對(duì)柵極信號(hào)得到干擾。圖中d為快速恢復(fù)二極管。
圖4
由于igbt在發(fā)生短路后是不允許過(guò)快地關(guān)斷，因?yàn)榇藭r(shí)短路電流已相當(dāng)大，如果立即過(guò)快關(guān)斷會(huì)造成很大的di/dt，這在線路分布電感的作用下會(huì)在igbt上產(chǎn)生過(guò)高的沖擊電壓，極易損壞元件。所以在發(fā)生短路后，首先應(yīng)通過(guò)減小柵極正偏置電壓，使短路電流得以抑制，接著再關(guān)斷igbt，這就是所謂“慢關(guān)斷技術(shù)”，這一功能在某些公司生產(chǎn)的模塊中已有應(yīng)用。