IBGT模块的驱动电路及电压电流波形

　　1、驱动电流
　　IGBT具有MOS门极构造，在交换时为了对该门极进行充放电，需要门极电流（驱动电流）从中流过。下图表示门极充电电荷量的特性。门极充电电荷量特性表示驱动IGBT所必要的电荷量，在计算平均驱动电流和驱动电力时使用。

　　下图表示驱动电路的原理图和电压电流波形。驱动电路的原理是通过开关S1、S2交替转换正偏压电源和反偏压电源，转换时对门极充放电的电流为驱动电流，图中以电流波形所表示的面积（斜线部分)与上图中的充放电电荷量相等。

　　驱动电流的峰值IGP可由以下近似式求取：

　　+V_GE：正偏压电源电压
　　–V_GE：反偏压电源电压
　　R_G：驱动电路的门极电阻
　　R_g：模块内部的门极电阻
　　下表所示为U系列IGBT模块内部门极电阻的一例：

　　从门极充电电荷量的特性（在说明书中分别以各种型号记载）的0V开始上升部分的斜度大体上与输入电容Cies等效，而反偏压领域可以作为这个部分的延长考虑。因此，驱动电流的平均值IG，可利用门极充电电荷量特性作下述计算：
　　+IG=-IG=fc×(Qg+Cies×│-VGE│)
　　fc：载流子频率
　　Qg：从OV到+VGE为止的充电电荷量
　　Cies：IGBT的输入电容
　　因此，设计时要保证驱动电路的输出段上能流过由这些近似式计算得出的电流IGP以及±IG。
　　另外，如驱动电路的发生损耗均由门极电阻予以消耗，为了驱动IGBT所需要的驱动电力Pd可由下式表示：

　　因此，需要根据该近似公式计算出发生损耗，并选择能容许该发生损耗的门极电阻。
　　请根据上述内容，设计能够提供驱动电流和驱动电力的驱动电路。

　　2、空载时间的设定
　　在变频电路等中，为了防止上下支路的短路，需要在开通、关断切换时机上设定空载时间。如下图所示，在空载时间中，上下支路均变成“关断”状态。空载时间原则上要设定为比IGBT的交换时间（tofFMax.）长。IGBT模块的空载时间通常设定在3μs以上。

　　另外，由于加大R_G会使交换时间变长，因此空载时间也有必要加长。此外，还必须考虑其他驱动条件和元件本身的特性、温度特性等（如果达到高温，toff也就变长）。
　　当空载时间偏短时，由上下支路短路时发生的短路电流引起的发热，可能导致元件破坏，请充分注意。
　　有一种可以判断空载时间的设定是否合理的方法是确认无负荷时直流电源线的电流。
　　如下图的三相变频器的情况下，将变频的输出（U.V.W）成为开放状态，施加通常的输入信号，测定DC线的电流。

　　即使空载时间充分，会有微小的脉冲状电流（经元件密勒电容而流过的dv/dt电流：通常为额定电流的5%左右）通过，如果空载时间不足，将会有更大的短路电流通过。这种情况下，请将空载时间延长到短路电流消失为止。由于温度越高，关断时间会变长，推荐该试验在高温状态下实施。
　　另外，即使反偏压电压-V_GE不足，短路电流也增加。在即使空载时间增加而短路电流也不减少的情况下，请增加反偏压电压-V_GE。推荐反偏压电压-V_GE≧5V。

　　3、驱动电路的具体实例
　　在变频电路等中，IGBT与控制电路间必须有电绝缘。如下所示为用于这种用途的驱动电路实例。
　　下图为使用高速光耦合器的驱动电路。通过使用光耦合器，使输入信号与元件绝缘。另外由于光耦合器对输出脉冲宽度没有制约，因此这种驱动电路适用于如PWM控制等脉冲宽度在大范围内变化的用途，现在使用最为广泛。

　　另外，通过安装2个门极电阻，能够分别设定开通和关断的特性。
　　电子设备技术运用了下表所示的光耦合器的驱动电路，作为混合式IC已产品化。

　　该混合式IC能够单电源驱动，另外由于它内置了短路事故检测机能和柔性断开电路，能够在短路事故中切实地保护IGBT。
　　此外，还有在信号隔离上使用脉冲变压器的驱动方法。该方法由于能同时从信号端提供信号和门极驱动电力，从而可使电路简略化。但是，由于有开通/（关断+开通）时间比例最大为50%、无法设定反偏压的制约，因交换频率和控制方式等因素它的用途受到限制。

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