中文引用格式： 劉甲俊，李飛，陳榮昕，等. 一種帶短路保護的磁隔離IGBT驅(qū)動架構(gòu)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(3)：44-48.
英文引用格式： Liu Jiajun，Li Fei，Chen Rongxin，et al. A magnetic isolation IGBT driver architecture with short circuit protection[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(3)：44-48.
引言
絕緣柵雙極性晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)因為具有輸入阻抗高、開關(guān)損耗小和飽和壓降低等特點被廣泛應(yīng)用[1-3]。但是IGBT柵極寄生電容大，導通電壓高[4-5]，傳統(tǒng)微控制器無法直接驅(qū)動IGBT。并且IGBT主要工作在高壓和大電流的環(huán)境中，常發(fā)生短路故障使其退出飽和區(qū)，造成器件過流而發(fā)生損壞。另外IGBT驅(qū)動器應(yīng)用在IGBT和控制器之間，為防止高壓側(cè)發(fā)生故障對人體和設(shè)備造成傷害，驅(qū)動器需要有較高的隔離耐壓。因此為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，需要一種帶短路保護和高隔離耐壓的驅(qū)動架構(gòu)，有足夠高的導通電壓驅(qū)動IGBT，當IGBT發(fā)生短路故障退出飽和區(qū)時，能夠迅速地關(guān)斷IGBT，并且能夠抑制關(guān)斷期間產(chǎn)生的柵極電壓和集電極電壓尖峰，同時要將短路故障信號從高壓側(cè)傳回到低壓側(cè)完成短路故障監(jiān)測。
文獻[6-7]提出了一種帶短路保護電路的IGBT驅(qū)動架構(gòu)，利用一個低阻值電阻串聯(lián)在IGBT的發(fā)射極實現(xiàn)短路檢測，該架構(gòu)不能抑制關(guān)斷期間產(chǎn)生的柵極和集電極電壓尖峰，并且無隔離功能。文獻[8-9]提出一種帶短路保護的光耦隔離IGBT驅(qū)動架構(gòu)，該驅(qū)動架構(gòu)采用光耦隔離，完成對IGBT去飽和檢測的同時又能抑制尖峰電壓，但是該架構(gòu)集成的軟關(guān)斷時間較長，并且光耦隨時間會發(fā)生老化，可靠性較差。文獻[10]提出一種帶短路保護的電容隔離IGBT驅(qū)動架構(gòu)，具有去飽和檢測電路，并且采用電容隔離解決了光耦隔離發(fā)生老化的問題，但是該架構(gòu)沒有柵極和集電極電壓尖峰保護電路，IGBT在關(guān)斷期間存在擊穿風險，并且電容隔離傳輸速度慢，對噪聲的抑制能力較差。
針對上述問題，本文設(shè)計一種帶短路保護的雙通道磁隔離IGBT驅(qū)動架構(gòu)，該架構(gòu)在典型條件下具有15 V的驅(qū)動電壓，并且具有去飽和檢測電路、米勒鉗位電路和軟關(guān)斷功能。并且設(shè)計兩個數(shù)字隔離信號通道，分別傳輸控制信號和去飽和故障信號，當檢測到IGBT發(fā)生短路故障后可以迅速關(guān)斷IGBT，并將故障信號通過故障反饋通道傳回到前級控制器，以便對故障做出響應(yīng)。另外通過米勒鉗位電路和軟關(guān)斷抑制關(guān)斷期間產(chǎn)生的柵極和集電極電壓尖峰，確保IGBT安全關(guān)斷，并采用無磁芯變壓器技術(shù)將高壓側(cè)和低壓控制側(cè)進行電氣隔離，克服了光耦發(fā)生老化和電容傳輸速率低和對噪聲抑制能力差的缺點。
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作者信息：
劉甲俊，李飛，陳榮昕，鄧玉清，肖培磊
（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 204135）
