目前绝缘栅器件驱动技术现状

1、目前绝缘栅器件驱动技术现状现有技术概述市场上的驱动器产品简介TX系列驱动器介绍现有技术概述开关电源中大功率器件驱动电路的设计一向是电源领域的关键技术之一。普 通大功率三极管和绝缘栅功率器件（包括VMOS场效应管和IGBT绝缘栅双极性大 功率管等），由于器件结构的不同，具体的驱动要求和技术也大不相同。前者属于 电流控制器件，要求合适的电流波形来驱动；后者属于电场控制器件，要求一定 的电压来驱动。本文只介绍后者的情况。VMOS场效应管（以及IGBT绝缘栅双极性大功率管等器件）的源极和栅极之间 是绝缘的二氧化硅结构，直流电不能通过，因而低频的静态驱动功率接近于零。 但是栅极和源极之间构成了一个栅极电

2、容Cgs，因而在高频率的交替开通和关断 时需要一定的动态驱动功率。小功率VMOS管的Cgs 一般在10-100pF之内，对于 大功率的绝缘栅功率器件，由于栅极电容Cgs较大，在1-100nF,甚至更大，因而 需要较大的动态 驱动功率。更由于漏极到栅极的密勒电容Cdg，栅极驱动功率是 不可忽视的。为可靠驱动绝缘栅器件，目前已有很多成熟电路。当驱动信号与功率器件不 需要隔离时，驱动电路的设计是比较简单的，目前 也有了一些优秀的驱动集成 电路，如IR2110。当需要驱动器的输入端与输出端电气隔离时，一般有两种途 径：采用光电耦合器，或是利用脉冲变压器来提供电气隔离。光电耦合器的优点是体积小巧，缺点是

3、：兑反应较慢，因而具有较大的延迟 时间（高速型光耦一般也大于500ns） ； B.光电耦合器的输出级需要隔离的辅助电 源供电。用脉冲变压器隔离驱动绝缘栅功率器件有三种方法：无源、有源和自给电源 驱动。无源方法就是用变压器次级的输出直接驱动绝缘栅器件，这种方法很简单， 也不需要单独的驱动电源，但由于绝缘栅功率器件的栅源电容Cgs 一般较大，因 而栅源间的波形Vgs将有明显变形，除非将初级的输入信号改为具有一定功率的 大信号，相应脉冲变压器也应取较大体积。有源方法中的变压器只提供隔离的信号，在次级另有整形放大电路来驱动绝 缘栅功率器件，当然驱动波形好，但是需要另外提供隔离的辅助电源供给放大器。 而

4、辅助电源如果处理不当，可能会引进寄生的干扰。自给电源方法的已有技术是对PWM驱动信号进行高频（1MHz以上）调制，该 信号加在隔离脉冲变压器的初级，在次级通过直接整流得到自给电源，而原PWM 调制信号则需经过解调取得，显然，这种方法并不简单，价格当然也较高。调制 的优点是可以传递的占空比不受限制。分时式自给电源是北京落木源公司的创新技术，其特点是变压器在输入PWM 信号的上升和下降沿只传递PWM信息，在输入信号的平顶阶段传递驱动所需要的 能量，因而波形失真很小。这种技术的缺点是占空比一般只能达到5 95%。市场上的驱动器产品简介当前市场上的成品驱动器,按驱动信号与被驱动的绝缘栅器件的电气关系来

5、 分，可分为直接驱动和隔离驱动两种，其中隔离驱动的隔离元件有光电耦合器和 脉冲变压器两种。不隔离的直接驱动器在Boost、全波、正激或反激等电路中，功率开关管的源极位于输入电源的 下轨，PWM IC输出的驱动信号一般不必与开关管隔离，可以直接驱动。如果需 要较大的驱动能力，可以加接一级放大器或是串上一个成品驱动器。直接驱动的 成品驱动器一般 都采用薄膜工艺制成IC电路，调节电阻和较大的电容由外引脚 接入。目前的成品驱动器种类不少，如TI公司的UCC37XXX系列，TOSIBA公司的 TPS28XX系列，Onsemi公司的MC3315X系列，SHARP公司的PC9XX系列，IR公司 的IR21X

6、X系列，等等，种类繁多，本文不作具体介绍，读者可查阅相关资料。使用光电耦合器的隔离驱动器隔离驱动产品绝大部分是使用光电耦合器来隔离输入的驱动信号和被驱动 的绝缘栅器件，采用厚膜工艺制成HIC电路，部分阻容元件也由引脚接入。目前市售的光电耦合型驱动器产品，主要有FUJI公司的EXB8XX系列、 MITSUBISHI公司的M579XX系 列、英达公司的HR065和西安爱帕克电力电子有 限公司的HL402B等，以及北京落木源电子技术有限公司的TX-KA系列。TX-KA 系列驱动器保护功能完善、工作频率高、价格便宜，并能与多种其它类型的驱 动器兼容。此类产品，由于光电耦合器的速度限制，一般工作频率都在

7、50KHz以下 （TX-KA101可达80K）。它们的优点是，大部分具有过流保护功能，其过电流信号 是从IGBT的管压降中取得的；共同的缺点是需要一个或两个独立的辅助电源， 因而使用较为麻烦。由于成本问题，该类产品价格稍高，因此只适用于在大功率电源中驱动IGBT 模块，在中小功率领域难以推广使用。变压器隔离、一路电源输入，自带DC/DC辅助电源的驱动器目前有CONCEPT公司的2 SD315A和SEMIKRON公司的SKHI2 2等，使用两个 脉冲变压器传递半桥驱动信号，需要一路电源输入，自带一个DC/DC电源提供 驱动所需的两个辅助电源.输出的驱动信号质量不错，驱动能力也很强，但由于 结构复

8、杂，因而体积较大，价格不菲，只适用于特大功率电源中。上述两种驱 动板的信号传递采用的是调制技术。北京落木源公司也开发了一款变压器隔离的驱动器，型号为KB101，可以工 作在较高的频率上，但是需要用户提供辅助电源。. 变压器隔离、调制式自给电源驱动器调制式自给电源驱动器，采用变压器进行电气隔离，通过载频传递驱动所需 要的能量，通过调制信号传递PWM信息，因此可以通过0100%占空比的PWM 信号。目前的许多驱动板产品都采用这种技术，如西门康的SKHI27等。单片式的调制驱动器，目前国外还未见有产品出售。但有一种2片组合式的， 如UNITRODE公司的UC3724/25集成电路对，其中3724与驱

9、动源相连，3725与 被驱动的绝缘栅器件相连，3724与3725之间由用户接入一个脉冲变压器，在 UC3724中将PWM信号调制到约1 MHz的载波上，送到隔离脉冲变压器的初级， 次级输出信号在UC3725中通过直接整流得到自给电源，通过解调取得原PWM信 号。国内的单片式调制驱动器，有北京落木源的TX-KE系列驱动器。调制驱动器，除无需用户提供辅助电源外，还具有隔离电压高的特点，但是 价格较高。. 变压器隔离、分时式自给电源驱动器分时式自给电源驱动器产品的优点是：价格便宜，大中小功率的电源都可应 用；驱动器自身不需要单独的供电电源，简化了电路;输出驱动脉冲的延迟很少， 上升和下降沿也相当陡峭

10、；工作频率较高；并且可在占空比5-95%的范围内工作。分时式自给电源驱动器的缺点是：当工作频率较低时变压器的体积较大，厚 膜化困难，由于自给电源提供的能量有限、难以驱动300A/1200V以上的IGBT。TX系列驱动器介绍本公司共有七个系列的IGBT、MOSFET驱动器产品，其中五个系列的驱动器 产品，一个系列的驱动板产品，一个系列的驱动用电源产品。.TX-KA系列IGBT驱动器采用高速光电耦合器隔离，保护措施比较完备，具有信号封锁功能，可以最大限度地保护IGBT。其中多个型号与国外产品兼容。KA101具有完善的 三段式短路保护。TX-KB系列IGBT驱动器采用变压器隔离，工作频率比较高，具有较完善的保护功能，具有信号封 锁功能。TX-KC系列IGBT驱动器保护功能比较完善，具有信号封锁功能，采用变压器隔离，次级采用 分时自给电源，无需用户提供隔离电源。TX-KD系列IGBT驱动器种类较多，采用变压器隔离，次级采用分时自给电源，占空比可达5-95%， 使用方便，价格较低廉，能驱动各种单管和半桥、双正激、同步整流电路 中的双管，但一般不适用于很低频率的情况。TX-KE 系列 MOSFET、IGBT 驱动器变压器隔离，采用调制技术，次级采用调制式自给电源，无需用户提供隔 离电源；PWM