昨天我们聊了风电产业及其中大功率的IGBT模块的基本情况，以及风电变流器功率单元的基本架构。今天我们继续昨天的内容，聊聊风电变流器功率单元驱动电路(也可以延伸到其他领域，原理都差不太多)的设计，希望你们能够喜欢~

驱动电路设计

昨天我们有说到IGBT模块驱动器的重要性，高性能的IGBT配套安全可靠的驱动器才能发挥出它的优势。

★驱动级拓扑选择

IGBT的栅极驱动电路的拓扑分好多种，通常采用两个按图腾柱式(Totem-Pole)连接的小功率MOS管来产生正负驱动电压的这种拓扑。下面我们介绍MOS Totem-Pole的几种电路结构，具体如下：

从上面三种电路结构来看，区别还是在驱动电阻那块的差异。很明显，第三种电路结构将开通和关断电阻分开设置，这种方式会限制驱动级MOS开关期间产生的VGE(on)到VGE(off)的直通电流，并且可以分别针对开通时的过电流和关断时的过电压以及短路特性进行优化。

★驱动电压选择

IGBT栅极驱动电压的选择，对于目前的IGBT来说，此电压一般被限定在±20V，是由栅极和发射极之间的最大绝缘电压决定的。这里我们要提到IGBT的两大特性曲线--输出特性曲线和短路特性曲线，如下

输出特性曲线 

短路特性曲线

当电流一定时，VCE(sat)随着栅极电压VGE上升而下降，所以正向偏置电压要足够高，可以使IGBT能够充分饱和导通，并且饱和压降VCE(sat)可以维持在较小值，以保证较小的通态损耗。但是，VGE的电压也不是越大越好，当负载短路时，短路电流会随着VGE的增加而成倍增加，IGBT的短路承受时间却急剧减小。

还需要注意的一点就是米勒效应，之前我们也有聊过，这里就不再赘述。

米勒效应(Miller Effect)

 IGBT关断时的电压变化 

位移电流流通路径

因此，为了确保IGBT的可靠关断，在关断时我们一般给到一个-5V~-15V的反向偏置电压。

★栅极电阻RG的选择

IGBT的开关特性受栅极电容充放电的控制，而栅极电容的充放电可以通过调整栅极电阻来控制。风电变流器的功率单元，我们一般采用+15V的正偏电压来控制IGBT的开通，-10V的反偏电压来控制IGBT的关断。

IGBT的充放电示意图如下：

栅极电阻RG影响IGBT的方面有：开关时间、开关损耗、反向偏置安全运行区域、短路电流安全运行区域、EMI、dv/dt、di/dt和续流二极管的反向恢复电流，所以选择合适的RG是必要的。

RG的增大会使开通和关断的时间增长，导致相应的损耗增加；而RG变小会使开关时的di/dt增大。

开通

关断

大家可以从下表看下RG对于IGBT开关特性的影响：

所以，需要根据IGBT的实际电流密度、电压等级以及工作频率等具体因素选择合适的驱动电阻RG。

驱动信号隔离

驱动器主要有两大功能，除了对输入的控制信号进行放大外，还要求其实现低压控制回路和高压功率回路之间的安全可靠隔离，来防止高压部分的功率模块高速开关过程中产生的干扰影响到驱动器的正常工作。我们经常使用的隔离方式有电平转移、光耦隔离、光纤隔离和脉冲变压器隔离等。这四种隔离方式具有不同的性能，从而决定了它们的应用场合，下表是四种隔离方式的比较：

根据实际的应用场景，选择合适的隔离方式。如果采用光纤隔离的方式，由于其完成信号传输的是光信号，可以实现完全的电气隔离、抗电磁干扰能力强，且延迟很小，非常适合电压隔离高、电磁干扰强、传输距离远的场景。

驱动电源设计

在功率模块的驱动电路中，能量除了一小部分供给逻辑器件、处理器等元器件外，剩余的绝大部分都消耗在栅极驱动部分。首先，驱动电路的电源不仅要能够提高足够的驱动功率，还必须有准确的正负栅压来满足高频率的开关要求，尤其是在IGBT并联的场合更是要注意；其次，驱动电源必须为驱动器提供可靠的电气绝缘。在高压大功率的场合应用中，一般采用高隔离电压等级的开关电源。

❖驱动功率和门极电流计算

之前我们提到过，如下：

IGBT——驱动功率计算

❖DC/DC变换电路的设计

大功率IGBT驱动器中的DC/DC变换器一般采用半桥式、推挽式或者全桥式的电路拓扑。

直流变换的尾巴

关于驱动部分涉及到的内容我们就聊到这里，总之，任何一个环节都要根据实际的应用来选择，并且做到环环相扣，使得整体设计达到较为理想的状态。

今天的内容希望你们能够喜欢，下篇我们继续~