2012-07-19##############2012-07-19#######2#012-07-19########基于CPLD的IGBT高压大功率驱动电路的研究陈俊,李晓帆,扶瑞云,张业茂(华中科技大学电气学院,湖北武汉,430074)摘要:文中对几种基本的IGBT驱动电路进行了分析,介绍了一种基于CPLD的IGBT高压大功率驱动电路。该方案具有体积小、输出电流大、可靠性高等优点。实验证明了该方案的可行性。关键词:CPLD;IGBT;功率驱动:TN389文献标识码:AStudyOnDriveCircuitBasedOnCPLDForHighVoltageandHighPowerIGBTAbstract:Inthispaper,severalbasicdrivingcircuitsofIGBTareanalyzed.AndadrivingcircuitbasedonCPLDisin2troduced,whichcandrivehighvoltageandhighpowerIGBT.Theschemeisprovidedwiththeadvantagesofsmallvol2ume,highoutputcurrent,highreliability.Theexperimentresultsaretoverifythefeasibilityofthisscheme.0引言IGBT是20世纪80年代出现的新型复合型开关管,其集GTR和功率MOSFET的优点于一体,具有输入阻抗大、电压控制及驱动功率小、控制电路简单、耐压等级高、通断速度快和工作频率高等诸多优点,因此备受亲睐,其广泛应用于各类开关电源、变频器等电力电子装置[1]。IGBT作为一种电力电子器件,其应用依赖于实际的电路条件和开关环境。为了保障其可靠工作,合理设计IGBT的驱动和保护电路是电路设计中的图1双绞线传输式驱动电路1.2光电耦合隔离式驱动电路为了防止主电路与控制电路互相影响,一般需要将控制电路与主电路进行电气隔离。光电耦合隔离式驱动电路如图2所示,该电路通过将输入信号Ui经光电耦合器隔离后引入驱动电路,再经放大器放大由推挽电路T2、T3向IGBT提供门极驱动信号。T2通过+Uc得到一个正向门极电压,当T2截止、T3导通时得到一个负的门极电压并截止。另外设计了过电流保护装置。当过电流信号来时,IGBT脱离饱和状态,UCE升高,VD1检测到该信号,一方面通过光耦T向几种基本的IGBT驱动电路1IGBT驱动电路的形式多种多样,为提高驱动电路的可靠性,减小驱动电路体积,国外厂家还推出了各种IGBT集成驱动模块。下面介绍几种基本的驱动电路结构[2]。1.1双绞线传输式驱动电路双绞线传输式驱动电路如图1所示,该电路中IGBT驱动电路采用双绞线直接驱动开关管。具体即采用正、负偏压双电源工作方式。门极驱动电路的输出线为绞合线。为抑制输入信号的振荡现象,在门极与发射极两端并联了一阻尼网络。另外,驱动电图2光耦隔离式驱动电路日本富士公司的EXB84系列即是采用了该方案。但由于光耦本身的特性,该方案的开关速度受到限制,收稿日期:2006208209作者简介:陈俊(19832),男,湖北人,华中科技大学硕士研究2012-生0,主7要-从1事电9力#电#子#变#换#装#置#的研#究#。#####2012-07开-关1频9率#最#大1.3变压器隔离式驱动电路变压器隔离式驱动电路如图3所示,该电路通过变压器实现控制电路和主电路的电气隔离。其将脉冲信号经晶体管进行功率放大后再加到脉冲变压器T上,并由T隔离耦合经稳压管Z1、Z2限幅后驱动IG2BT。驱动级不需专门的直流电源,简化了驱动电路为了让驱动信号有陡峭的上升沿和下降沿,必须使得M1和M2的开通关断时间尽量短,因此在充放电参数的选择上,必须尽量减少充放电回路上电阻的大小,同时二极管均应选择快恢复二极管。减小电阻的阻值可以增大驱动电流,提高开关速度,但是另一方面阻值减小,电路功耗也会相应增大,因此在实际中,应综合考虑快速性和功耗两个方面,合理选择元器件的参数。该电路中,MOS管M3主要是防止开关管的误导通。一旦CPLD检测到设备故障发生时,则发出保护信号使得M3导通,从而使T1可靠关断,这样即使CPLD仍发出驱动脉冲信号,亦可保证IGBT的驱动信号图3变压器隔离式驱动电路美国Unitrode公司UC372423725系列即是采用该种电路。2基于CPLD的IGBT驱动电路上述IGBT驱动方案广泛应用于各种场合。但在实际应用中,由于特殊要求,需要更高的开关频率及更大的驱动电流,而仅靠现有的集成驱动电路模块无法满足要求。为此,本文介绍一种图腾柱结构的驱动电路,其输出电流大,输出驱动信号频率亦能达到100图5功率放大电路2.2隔离输出电路隔离输出部分如图6所示,为了保证驱动电路与主电路在电位上的严格隔离,采用了脉冲变压器输出的...