中心議題：

• 設計MOSFET和IGBT的驅動(dòng)電路需考慮的因素
• 適用于不同功率情況下的驅動(dòng)電路

解決方案：

• 在中、小功率場(chǎng)合采用驅動(dòng)芯片直接驅動(dòng)
• 大功率場(chǎng)合采用集成驅動(dòng)器

1　引言
隨著(zhù)電力電子技術(shù)和電力半導體器件的飛速發(fā)展，近幾年來(lái)MOSFET和IGBT在變頻調速裝置、開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源等各種高性能、低損耗和低噪聲的場(chǎng)合得到了廣泛的應用。這些功率器件的運行狀態(tài)直接決定了設備性能的優(yōu)劣，而性能良好的驅動(dòng)電路又是開(kāi)關(guān)器件安全可靠運行的重要保障。在設計MOSFET和IGBT的驅動(dòng)電路時(shí)，應考慮以下幾個(gè)因素：

（1）要有一定的驅動(dòng)功率。也就是說(shuō)，驅動(dòng)電路能提供足夠的電流，在所要求的開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間內對MOSFET和IGBT的輸入電容Ciss充電和放電。輸入電容Ciss包括柵——源之間的電容CGS和柵——漏之間的電容CGD。 MOSFET和 IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷實(shí)質(zhì)上是對其輸入電容的充放電過(guò)程，柵極電壓VGS的上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf決定輸入回路的時(shí)間常數，即：tr（或tf）=2.2RCiss ，式中R是輸入回路電阻，其中包括驅動(dòng)電源的內阻Ri。從上式中可以知道驅動(dòng)電源的內阻越小，驅動(dòng)速度越快。

（2）驅動(dòng)電路延遲時(shí)間要小。開(kāi)關(guān)頻率越高，延遲時(shí)間要越小。

（3）大功率IGBT在關(guān)斷時(shí)，有時(shí)須加反向電壓，以防止受到干擾時(shí)誤開(kāi)通。
　　
（4）驅動(dòng)信號有時(shí)要求電氣隔離。

以PWM DC-DC全橋變換器為例，其同一橋臂的兩只開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號S上和S下相差1800，是剛好相反的，即一只開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，另一只開(kāi)關(guān)管要關(guān)斷，或者同時(shí)關(guān)斷。其中，兩只上臂的開(kāi)關(guān)管之間和下臂的開(kāi)關(guān)管必須隔離。對于中小功率的驅動(dòng)電路，用脈沖變壓器的方法實(shí)現隔離最為簡(jiǎn)單，而在大功率的應用場(chǎng)合，則要使用集成驅動(dòng)器驅動(dòng)。

2　適用于中、小功率情況下的驅動(dòng)電路
在驅動(dòng)小功率的MOSFET和IGBT時(shí)，如果控制芯片的驅動(dòng)信號是圖騰柱輸出方式，且可提供一定的驅動(dòng)電流，那么可以直接由控制芯片來(lái)驅動(dòng)變壓器，如圖1所示： 圖中，UC3875提供了四個(gè)輸出電流峰值為2A的圖騰柱輸出極，由于它們直接驅動(dòng)的是變壓器，必須給每個(gè)輸出端與電源和地線(xiàn)之間接一個(gè)肖特基二極管，以防止損壞輸出端。變壓器次級經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻后直接接到開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)極，電阻的作用是抑制脈沖變壓器的漏感和開(kāi)關(guān)管的柵極電容引起的的震蕩。

但是要驅動(dòng)功率較大的MOSFET和IGBT，上述控制芯片的驅動(dòng)能力就顯得不夠了，此時(shí)可以將控制芯片的驅動(dòng)信號加以推拉式功率放大，如圖2所示：
適當選擇三極管，就可以可靠地驅動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管。

3　適用于大功率場(chǎng)合驅動(dòng)電路方案
在大功率應用場(chǎng)合，由于上述驅動(dòng)電路受驅動(dòng)能力的限制，無(wú)法可靠地驅動(dòng)大型MOSFET、IGBT。而集成驅動(dòng)器的出現則很好地解決了這一問(wèn)題。國內外已推出了多種具有保護功能的智能驅動(dòng)器，如日本產(chǎn)的EXB841、EXB850，國產(chǎn)的M57959和CWK等。它們具有許多優(yōu)點(diǎn)，如電路參數一致性好、運行穩定可靠、具有多種保護功能等。但它們最大的不足是需要單獨的浮地電源，給系統帶來(lái)了不便。最近IR公司推出了IR2110集成驅動(dòng)器，它針對上述驅動(dòng)器電源系統的不足，設置了自舉浮動(dòng)電源，只需一路電源即可實(shí)現隔離驅動(dòng)。對半橋、全橋式電路特別適用。IR2110的功能框圖如圖3所示。 控制脈沖由Hin、Lin輸入，與兩路輸出H0、L0同相對應分別用于驅動(dòng)上端和下端的開(kāi)關(guān)管。SD可用作保護端，當SD為高電平時(shí)，兩路輸出同時(shí)截止。驅動(dòng)器設有欠壓保護，如圖3中VCC低于欠壓給定值時(shí)，欠壓檢測電路產(chǎn)生一關(guān)斷信號，以關(guān)閉兩路輸出。邏輯輸入端設置了施密特觸發(fā)電路，提供高的抗干擾能力和接受緩慢上升時(shí)間的輸入信號。具有高抗干擾能力的VDD/VCC電平轉換電路將邏輯信號轉換成輸出驅動(dòng)。同時(shí)，在電源地（COM）和邏輯地（VSS）之間設有±5V的額定偏移量，這樣使邏輯電路不會(huì )受到輸出驅動(dòng)開(kāi)關(guān)感應噪聲的影響。驅動(dòng)器兩通道均采用低跨導圖騰柱輸出，輸出峰值電流達2A以上。用IR2110構成的全橋驅動(dòng)電路如圖4所示： 圖中充電二極管VD1、VD2的耐壓值必須高于總線(xiàn)峰值電壓，應采用功耗較小的快恢復整流二極管。自舉電容Cb1、Cb2的選取取決于開(kāi)關(guān)頻率、負載周期及開(kāi)關(guān)管柵極充電需要，應考慮如下幾點(diǎn)：
　　
（1）PWM開(kāi)關(guān)頻率高，電容值應選小。
　　
（2）對占空比調節較大的場(chǎng)合，特別是在高占空比時(shí)，電容要選小。否則，在有限的時(shí)間內無(wú)法達到自舉電壓。

（3）盡量使自舉上電回路不經(jīng)大阻抗負載，否則電容得不到可靠的充電。

4　結語(yǔ)
針對不同的應用場(chǎng)合，合理選取驅動(dòng)電路形式、正確選擇工作參數是MOSFET與IGBT安全工作的關(guān)鍵，同時(shí)也是保證整機運行的一個(gè)重要環(huán)節。實(shí)踐證明，在中、小功率場(chǎng)合采用驅動(dòng)芯片直接驅動(dòng)、大功率場(chǎng)合采用集成驅動(dòng)器的方案切實(shí)可行，能夠滿(mǎn)足設備的一般驅動(dòng)要求。

參考文獻:
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