弁言本文

功率开关器件在电力电子装备中占据着中间地位，它的坚固使命是全部装置一般运行的底子条件。功率开关器件的驱动电路是主电路与节制电路之间的接口，是电力电子装置的首要部分。它对全部装备的机能有很大的影响，其感化是将节制回路输入的节制脉冲缩小到足以驱动功率开关器件。简而言之，驱动电路的底子使命便是将节制电路传来的旌旗灯号，转换为加在器件节制端和大众端之间的可以或许或许使其导通和关断的旌旗灯号。

一样的mos管功率器件，接纳差别的驱动电路将获得差别的开关特征。接纳机能杰出的驱动电路可以或许或许使功率开关器件使命在相比抱负的开关状态， 同时延长开关时候，减小开关消耗，对装置的运行效力，坚固性和安然性都有首要的意思。因此驱动电路的黑白间接影响主电路的机能，驱动电路的公道化设想显得愈来愈首要。晶闸管体积小，分量轻，效力高，寿命长，利用便利，可以或许或许便利的遏制整流和逆变，且可以或许或许在不修改电路机关的条件下，修改整流或逆变电流的巨细。IGBT 是 mosFET 和 GTR的复合器件，它具备开关速率快、热不变性好、驱动功率小和驱动电路简略的特征，又具备通态压降小、耐压高和接管电流大等长处。IGBT作为支流的功率输入器件， 出格是在大功率的场合，曾被遍及的利用于各个范围。

mos管开关器件抱负的驱动电路应知足以下请求：

(1)功率开关管守旧时，驱动电路可以或许供给疾速回升的基极电流，使得开启时有充足的驱动功率，从而减小守旧消耗。

(2)开关管导通时代，mos驱动电路供给的基极电流在任何负载状态下都能保障功率管处于饱和导通状态，保障相比低的导通消耗。为减小存储时候，器件关断前应处于临界饱和状态。

(3)关断时，驱动电路应供给充足的反向基极驱动，以疾速的抽出基区的残剩载流子，减小存储时候;　　并加反偏遏制电压，使集电极电流疾速下降以减小下降时候。固然，晶闸管的关断首要仍是靠反向阳极压降来实现关断的。
今朝来讲，对于晶闸管的驱动用的相比多的只是颠末变压器或光耦断绝来把高压端与高压端离隔，再颠末转换电路来驱动晶闸管的导通。而对于 IGBT来讲今朝用的较多的是 IGBT 的驱动模块，也有集成了 IGBT、 体系自保护、 自诊断等各个服从模块的 IPM。
本文针对咱们所用到的晶闸管，设想尝试驱动电路，并遏制实考据了然它可以或许或许驱动晶闸管。而对于 IGBT的驱动，本文首要介绍了今朝首要的几种 IGBT 的驱动体例，和与它们绝对应的驱动电路，并对最经常使用的光耦断绝的驱动体例遏制了仿真尝试。

2.晶闸管驱动电路的钻研 通俗来讲晶闸管的使命状态是：

(1)晶闸管接管反向阳极电压时，不论门极接管何种电压，晶闸管都处于关断状态。

(2)晶闸管接管正向阳极电压时，仅在门极接管正向电压的状态下晶闸管才导通。

(3)晶闸管在导通状态下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压若何，晶闸管对峙导通，即晶闸管导通后，门极落空感化。　　(4)晶闸管在导通状态下，当主回路电压(或电流)减小到靠近于零时，晶闸管关断。咱们选用的是晶闸管是 TYN1025，它的耐压是600 到 1000V，电流最大达到 25A。它所需要的门级驱动电压是 10 到 20V，驱动电流是 4 到 40mA。而它的保持电流是 50mA，擎住电流是 90mA。不管是 DSP 仍是 CPLD 所收回的触发旌旗灯号的幅值只要 5V。起首，先把只要 5V 的幅值转换成 24V，而后颠末一个 2：1 的断绝变压器把 24V 的触发旌旗灯号转换成 12V 的触发旌旗灯号，同时实现了高低压断绝的服从。

尝试电路的设想与分解

 尝试设想总电路图以下图 1 所示起首是升压电路，因为后级的断绝变压器电路中的 MOS 管器件需要 15V 的触发旌旗灯号，以是，需要先把幅值 5V 的触发旌旗灯号转成 15V 的触发旌旗灯号，颠末 MC14504 把 5V 的旌旗灯号， 转换成为 15V的旌旗灯号，而后再颠末 CD4050 对输入的 15V 驱动旌旗灯号整形， 尝试的波形图如图 3 所示， 通道 2 接的是 5V 输入旌旗灯号，通道 1 接的是输入的 15V 的触发旌旗灯号。

第二部分是断绝变压器电路，尝试电路图如图 4所示，该电路的首要服从是：把 15V 的触发旌旗灯号，转换成为 12V 的触发旌旗灯号去触发前面的晶闸管的导通，并且做到 15V 的触发旌旗灯号与后级之间隔。

该电路的使命道理是：因为 MOS 管 IRF640 的驱动电压为 15V，以是，起首是在 J1 处接入 15V 的方波旌旗灯号，颠末电阻 R4 接稳压管 1N4746，使触发电压不变，也使得触发电压不至于太高，烧坏 MOS 管，而后接到 MOS 管 IRF640(实在这便是个开关管，节制后端的守旧和关断) ， MOS 管的使命图以下图 5， 颠末节制驱动旌旗灯号的占空比， 可以或许或许节制 MOS 管的守旧和关断时候。当 MOS 管守旧时，相称于它的 D 极接地，关断时是断开的，颠末后级电路相称于接 24V。而变压器便是颠末电压的变更来使右端输入 12V 的旌旗灯号。变压器右端接一个整流桥，而后从接插件 X1 输入 12V的旌旗灯号。下图 6 为该尝试电路的仿真波形图，为了便利看清，我把 B 通道的正负引脚倒置，测出图中的电压为负的，不过幅值是准确的。图 7 是该电路的尝试波形图，与仿真波形图一样。

尝试进程中碰到的题目

起首，初步上电时，保险丝突然熔断，厥后查电路时发明最后的电路设想有题目。最后为了它的开关管输入的结果更好，把24V的地和15V 的地离隔，这就使得MOS管的门极G极相称于前面的S极是悬空的，导致误触发。处置体例是把24V和15V的地接在一起，再次遏制尝试，电路使命一般。电路跟尾一般，可是当参与驱动旌旗灯号时，MOS管发烧，加驱动旌旗灯号一段时候后，保险丝熔断，再加驱动旌旗灯号时，保险丝间接熔断。查抄电路发明，驱动旌旗灯号的高电平占空比过大，导致MOS管的守旧时候太长。这个电路的设想使得当MOS管守旧时，24V间接加到MOS管的两头，并不加限流电阻，假设导通时候太长就使得电流过大，MOS管破坏，需要调度旌旗灯号　的占空比不能太大，通俗在 10%~20%摆布。

2.3 驱动电路的考据

为了考据驱动电路的可行性，咱们用它来驱动串连在一起的晶闸管电路，尝试电路图以下图8所示，相互串连的晶闸管再反并联后，接入带有感抗的电路中，电源是 380V 的交换电压源。

在这个电路中，晶闸管Q2、Q8的触发旌旗灯号颠末G11和G12接入，而Q5、Q11的触发旌旗灯号颠末G21、G22接入。在驱动旌旗灯号接到晶闸管门级之前，为了前进晶闸管的抗搅扰能力，在晶闸管的门极跟尾一个电阻和电容。这个电路接电感后，再投入到主电路中。颠末节制晶闸管的导通角，来节制大电感投入到主电路的时候， 高低电路的触发旌旗灯号的相角相差半个周期，上路的 G11 和G12是一路的触发旌旗灯号，颠末前级的驱动电路中的断绝变压器相互断绝，下路的 G21 和 G22一样也是断绝的统一路旌旗灯号。 尝试波形图如图 9 所示，两路的触发旌旗灯号触发反并联晶闸管电路正反导通，下面的 1 通道接的是全部晶闸管电路的电压，在晶闸管导通时它变为 0，而 2、3 通道接的是晶闸管电路高低路的触发旌旗灯号，4 通道测得是流过全部晶闸管的电流。
2 通道测得有正向的触发旌旗灯号时，触发下面的晶闸管导通，电流为正;3 通道测得有反向的触发旌旗灯号时，触发下路的晶闸管导通，电流为负。

3.IGBT 驱动电路的钻研IGBT 对驱动电路有很多出格的请求，归纳综合起来有：

(1)驱动电压脉冲的回升率和下降率要充分大。IGBT 守旧时， 前沿高峻陡峭的栅极电压加到栅极 G 与发射极 E 之间，使其疾速守旧，达到守旧时候最短，以减小守旧消耗。在 IGBT 关断的时候，其栅极驱动电路要供给应 IGBT 下降沿很陡的关断电压，并给IGBT 的栅极 G 与发射极 E 之间施加得当的反向偏置电压，以使 IGBT 疾速关断，延长关断时候，减小关断消耗。

(2)IGBT 导通后，栅极驱动电路供给应 IGBT的驱动电压和电流要有充足的幅度，使 IGBT 的功率输入总处于饱和状态。刹时过载时，栅极驱动电路供给的驱动功率要足以保障 IGBT 不加入饱和区而破坏。

（3) IGBT 的栅极驱动电路供给应 IGBT 的正驱动电压要取适合的值，出格是在有短路使命进程的装备中利用 IGBT 时，其正向驱动电压更应挑选所需要的最小值。开关利用的 IGBT 的栅极电压应以10V～15V 为最好。

(4)IGBT 的关断进程中，栅-射极间施加的负偏压有益于 IGBT 的疾速关断，但也不宜取的过大，通俗取-2V 到 -10V。
(5)在大电感负载的状态下，过快的开关反而是无害的，大电感负载在 IGBT 的疾速守旧和关断时，会发生高频且幅值很高而宽度很窄的尖峰电压 Ldi/dt，该尖峰不易接收，轻易构成器件破坏。

(6)因为 IGBT 多用于高压场合，以是驱动电路应与全部节制电路在电位上峻厉断绝，通俗接纳高速光耦合断绝或变压器耦合断绝。
初期 IGBT 驱动电路介绍初期的 IGBT 栅极驱动电路为分立式的栅极驱动电路以下图所示：图 10 为间接驱动式栅极驱动电路，图 11 为变压器断绝式栅极驱动电路，而图 12 为光耦断绝式栅极驱动电路。

驱动电路近况
跟着集成手艺的展开，今朝 IGBT 的栅极驱动电路多接纳集成芯片节制。节制体例首要仍是三种：

(1)间接触发式输入和输入旌旗灯号之间无电气断绝。

(2)变压器断绝驱动

输入和输入旌旗灯号之间接纳脉冲变压器断绝，断绝电压品级可达 4000V，
有以下 3 种方法
无源方法：用变压器次级的输入间接驱动 IGBT　　(以下图 14) ，因受伏秒平衡的限定，只合用于占空比变更不大的场合。有源方法：变压器只供给断绝旌旗灯号，在次级还有整形缩小电路来驱动 IGBT，驱动波形较好，但需要零丁供给帮助电源。

自给电源法：脉冲变压器既用于传递驱动能量又用于高频调制解调手艺传输逻辑旌旗灯号，分为调制型自给电源方法和分时手艺自给电源，此中调制型自给电源用整流桥来发生所需使命电源，用高频调制解调手艺来传递逻辑旌旗灯号.

3.晶闸管与 IGBT 驱动的接洽与区分

晶闸管和 IGBT 的驱动电路之间有区分也有类似的中间。起首，二者的驱动电路都需要将开关器件与节制电路相互断绝， 以避免高压电路对节制电路有影响。而后，二者都是颠末给门极施加驱动旌旗灯号，来触发开关器件导通的。所差别的是晶闸管驱动需要的是电流旌旗灯号，而 IGBT 需要的是电压旌旗灯号。在开关器件导通今后，晶闸管的门极就落空了节制造用，若要关断晶闸管，则要在晶闸管两头加反向电压;而 IGBT 的关断则只要要在门极加负的驱动电压，来关断 IGBT。

4.论断
本文首要分为两部分叙述，第一部分对晶闸管驱动电路的请求遏制了叙述， 设想了绝对应的驱动电路，并且将设想的电路利用于理论的晶闸管电路中，颠末仿真和尝试考据了驱动电路的可行性，对在尝试的进程中所碰到的题目遏制了分解和处置。第二部分首要阐述了 IGBT 对于驱动电路的请求，并在此根抵长进一步介绍了今朝经常使用到的 IGBT 的一些驱动电路，并且对此中的首要的光耦断绝驱动电路遏制了仿真和尝试，考据了驱动电路的可行性。

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