基于M57962L的IGBT驱动电路

陈启明 杨帆 王端 宋耀东

【摘要】IGBT具有开关速度快、栅极驱动电流小、驱动功率大等特点得到广泛应用。针对 IGBT 驱动的实际要求，介绍了IGBT工作特性，并利用M57962L设计出一种适用的IGBT驱动电路。

【关键词】M57962L;IGBT;驱动;电路

ABSTRACT：This article describes the IGBT gate drive circuit protection classification，analysis of the trends of the IGBT driver protection circuit，common IGBT drive optocoupler isolated，transformer isolated typical circuit analysis，and common market manufacturers.IGBT drive operating parameters and compares the performance analysis on the MOSFET fault in the engineering practice to discuss the principle of selection of IGBT driver reference.

KEY WORDS：M57962L;IGBT;drive;circuit

引言

IGBT是一种新型功率器件，即绝缘栅极双极集体管（Isolated Gate Bipolar Transistor），是上世纪末出现的一种复合全控型电压驱动式电力电子器件。它将GTR和MOSFET的优点集于一身：输入阻抗高，开关频率高，工作电流大等，在变频器、开关电源、弧焊电源等领域得到广泛地应用[1]。

IGBT具有一个2.5V～5.0V的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷集聚很敏感。故驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗值的放电回路，同时驱动电源的内阻一定要小，即栅极电容充放电速度要快，以保证VGE有较陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量要小。

在IGBT承受短路电流时，如果能及时关断它，则可以对IGBT进行有效保护。识别IGBT是否过流的方法之一，就是检测其管压降VCE的大小。IGBT在开通时，若VCE过高则发生短路，需立即关断IGBT。在过流关断IGBT时，由于IGBT中电流幅度大，若快速关断时，必将产生過高，在IGBT两端产生很高的尖峰电压，极易损坏IGBT，因此就产生了“软慢关断”方法。M57962L驱动电路就是依照上述理论进行设计的。

1.驱动芯片M57962L简介

M57962L是日本三菱公司生产的专用驱动IGBT模块的驱动器，其内部结构方框图如图1所示。它由光藕合器、接口电路、检测电路、定时复位电路以及门关断电路组成。

图1 驱动芯片M57962L内部结构方框图

M57962L主要有以下特点：（1）具有较高的输人输出隔离度（VISO=2500Vrms）;（2）采用双电源供电方式，以确保IGBT可靠通断;（3）内有短路保护电路;（4）输人端为TTL门电平，适于单片机控制[2]。

1.1 引脚排列及主要性能参数

M57962L驱动器的印刷电路及外壳用环氧树脂封装，公有14根引脚，其中②，③，④，⑦，⑨，⑩为空脚，其外型与引脚排列如图2所示。

M57962L的主要参数列于表1中。

1.2 保护工作原理

M57962L内部具有短路保护功能，其保护电路工作流程图如图3所示。检测电路检测到检测输人端①脚为15V高电平时，判定为电路短路，立即启动门关断电路，将输出端⑤脚置低电平，同时输出误差信号使故障输出端⑧脚为低电平，以驱动外接保护电路工作。经1-2ms延时，如果检测出输人端 脚为高电平，则M57962L复位至初始状态。

图2 驱动芯片M57962L引脚图

表1 M57962L的主要参数

图3 M57962L保护工作原理

2.M57962L应用电路

图4 IGBT驱动电路

电源去耦电容C2～C7采用铝电解电容器，容量为100μF/50V，R1阻值取1kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1kΩ，电源采用正负15V电源模块分别接到M57962L的4脚与6脚，逻辑控制信号IN经13脚输入驱动器M57962L。双向稳压管Z1选择为9.1V，Z2为18V，Z3为30V，防止IGBT的栅极、发射极击穿而损坏驱动电路，二极管采用快恢复的FR107管。

3.双极性图腾柱驱动器

使用M57962L，必须选择合适的驱动电阻。为了改善栅极控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，减小集电极电流的上升率，需要在栅极回路中串联电阻RG，若栅极电阻过大，则IGBT的开通与关断能耗均增加;若栅极电阻过小则使过大可能引发IGBT的误导通，同时RG上的能耗也有所增加。所以选择驱动电阻阻值时，要综合考虑这两方面的因素，并防止输出电流IOP超过极限值5A，RG的选取可以依据公式[3]：

对大功率的IGBT模块来说，RGMIN数值一般按下式计算：

这是因为对于大功率的IGBT模块，为了平衡模块内部栅极驱动和防止内部的振荡，模块内部的各个开关器件都会包含有栅极电阻器，数值视模块种类不同而不同，一般在0.75～3Ω之间，而f的数值则依靠栅极驱动电路的寄生电感和驱动器的开关速度来决定，所以获得的最佳办法就是在改变 RG时监测IOP，当IOP达到最大值时，RG达到极限值。

但在使用中应注意，RG不能按前面的公式计算，而要略大于。如果 RG过小会造成IGBT栅极注入电流过大，使IGBT饱和，无法关断，即在驱动脉冲过去的一段时间内IGBT仍然导通。本设计中要驱动IGBT为大电流的功率器件，所以在选择RG时综合上述的要求，选取RG为3.5Ω。

4.结论

IGBT具有开关速度快、栅极驱动电流小、驱动功率大等特点得到广泛应用。针对 IGBT 驱动的实际要求，介绍了IGBT工作特性，并利用M57962L设计出一种适用的IGBT驱动电路。

参考文献

[1]蓝宏，等.大电流高频IGBT用M57962L驱动能力解决方案研究[J].研究与应用，2006，30（2）：35-37.

[2]田颖，陈培红，等.交流逆变器中IGBT的驱动与保护[J].电器开关，2007，6（1）：73-75.

[3]王毅，等.IGBT专业驱动器M57962L[J].器件与元件，2007，28（3）：160-163.