IGBT驅動電路對數字信號處理器的可靠性的設計與分析
1.1 IGBT特性
IGBT是電壓驅動的少子導電器件，是將MOSFET的高速易驅動，安全工作區寬同雙極性器件低飽和壓降結合的產物。給出了IGBT的等效電路，它具有以下特點：
高的輸入阻抗,使之可采用通用低成本的驅動線路；
高速開關特性；
導通狀態的損耗低。
隨著半導體技術與大規模集成電路技術的發展，數字信號處理器在交流調速及運動控制領域應用越來越廣。數字信號處理器與功率器件接口電路設計的合理完善直接關系到系統長期工作的可靠性。同時，低壓供電數字信號處理器也對驅動接口電路設計提出了要求。通過分析IGBT對驅動可靠性的要求及應用于變頻器的幾種數字信號處理器的PWM口驅動能力，設計了一種可靠的驅動電路方案。
IGBT特性及驅動電路可靠性設計要求
1.1.1 IGBT的額定值
IGBT能承受的電流、電壓、功率等的最大允許值一般被定義為最大額定值。線路設計時，能否正確地理解和識別最大額定值，對IGBT可靠工作以及最終使用壽命特別重要。
1.1.2 短路電流特性
IGBT的短路電流可達額定電流10倍以上，短路電流值由IGBT柵極電壓和跨導來決定。正確地控制IGBT的短路電流是IGBT可靠工作的必要保障。
1.1.3 感性負載的關斷特性
在運動控制系統中，感性負載是常見的負載，當IGBT關斷時，加在其上的電壓將瞬時由幾V上升到電源電壓（在此期間通態電流保持不變），產生很大的dv/dt，這將嚴重地威脅到IGBT長期工作的可靠性。在電路設計中，通過在柵極驅動電路中增加電阻值可限制和降低關斷時的dv/dt。
1.1.4 最大柵極發射極電壓（VGE）
柵極電壓是由柵極氧化層的厚度和特性所決定的。柵極對發射極的擊穿電壓一般為80V，為了保證安全，柵極電壓通常限制在20V以下。
1.1.5 柵極輸入電容
IGBT的輸入電容特性直接影響到柵極驅動電路的可靠設計。IGBT作為一種少子導電器件，開關特性受少子的注入和復合以及柵極驅動條件的影響較大。在實踐中，考慮到密勒效應，柵極驅動電路的驅動能力應大于手冊中的2～3倍。
1.1.6 安全工作區特性
少子器件在大電流高電壓開關狀態工作時，由于電流的不均勻分布，當超過安全工作極限時，經常引起器件損壞。電流分布的方式與di/dt有關，從而安全工作區經常被分為正向安全工作區和反向安全工作區。
1.2 IGBT驅動電路可靠性設計要求
IGBT柵極電壓可由不同的驅動電路產生，柵極驅動電路設計的優劣直接關系到系統長期運行可靠性�？苫谝韵聨讉�要求來進行設計。
1.2.1 器件偏置要求
在IGBT柵極加足夠令其產生完全飽和的正向柵壓（如15V～20V）時，可使通態損耗減至最小，同時可限制短路電流和它所帶來的功率應力。當柵極電壓為零時，IGBT處于斷態。但是，為了保證在IGBT的C－E間出現dv/dt噪聲時仍保持關斷，必須在柵極加反偏壓(如－5V～－15V)；同時，采用反偏壓可減少關斷損耗，提高IGBT工作的可靠性。
1.2.2 柵極電荷要求
IGBT的開通和關斷通過柵極電路的充放電來實現，因此，柵極電阻選擇是否適當直接關系到IGBT的動態特性。
1.2.3 耐固性要求
IGBT處于關斷期間，施加于IGBT集電極－柵極電容上的dv/dt可導致有電流流過柵極電路。假如此電流足夠大，在柵極電阻上產生的電壓，有可能導致IGBT誤開通，因此，較小的柵極電阻可增加IGBT驅動的耐固性(即防止dv/dt帶來的誤開通)。但是，較小的柵極電阻使得IGBT的開通di/dt變大，會導致較高的dv/dt，增加了續流二極管恢復時的浪涌電壓。
因此，在設計柵極電阻時要兼顧到這二個方面的問題。
1.2.4 柵極驅動功率要求
IGBT開關要消耗來自柵極電源的功率。其功耗受柵極驅動正、負偏壓的差值ΔVGE，柵極總電荷QG和工作開關頻率f的影響，式（1）給出了電源平均功率。
PAV=ΔVGE×QG×f（1）
2 數字信號處理器PWM口驅動能力
IGBT驅動信號的產生可通過模擬和數字兩種方式來實現。隨著微處理技術的發展（包括處理器、系統結構和存儲器件），數字信號處理器以其優越的性能在交流調速、運動控制領域得到了廣泛的應用。采用數字信號處理器構成的調速系統，由處理器集成的PWM模塊產生功率單元(IGBT)的驅動信號。而PWM接口驅動能力及其與IGBT的接口電路的設計直接影響到系統工作的可靠性。
