一、项目介绍
IGBT驱动电路的作用是驱动IGBT模块以能让其正常工作，同时对IGBT模块进行保护。IGBT 驱动电路的作用对整个IGBT构成的系统来说至关重要。IGBT是电路的核心器件，它可在高压下导通，并在大电流下关断，在硬开关桥式电路中，功率器件IGBT能否正确可靠地使用起着至关重要的作用。驱动电路就是将控制电路输出的PWM信号进行功率放大，以满足驱动IGBT的要求，驱动电路设计的是否合理直接关系到IGBT的安全、可靠使用。IGBT驱动电路还为IGBT器件提供门极过压、短路保护、过流保护、过温保护、Vce过压保护(有源钳位)、门极欠压保护，didt保护(短路过流保护的一种)。
- 设计思路
1.电平转换电路
因为DSP最小控制板是3.3V供电的，而SID1182K数据手册给出，PWM信号和SO信号都是5V供电的，所以要将DSP输出的3.3VPWM信号转换成5V的PWM信号输入到SID1182K，将SID1182K输出的5V的SO信号转换成3.3V逻辑信号输入到控制板中。
PWM1_3.3和PWM2_3.3为DSP最小控制板发出的两路PWM信号，PWM1和PWM2信号为转换后的PWM信号。
当最小控制板输出PWM信号为高电平3.3V的时候，MOS管导通，PWM1信号输出为低电平0；当此信号为低电平0的时候，MOS管截止，PWM1信号被上拉至5V。因此PWM信号从0-3.3V转换成5-0V。
SO1和SO2分别是两个SID1182K芯片的逻辑错误信号，当电路没有发生错误时SO1和SO2逻辑电平为5V，发生错误时为0V，这个信号需要连接至DSP的最小系统板进行观测，比如连接到一个发光二级管（阳极接1.9V，阴极接SO），所以需要将SO1和SO2转换至3.3V，当SO1和SO2为为高电平时候，与之相连的二极管导通，输出的SOx_3.3为3.3V，二极管不亮；当电路发生路障，SOx为低电平的时候，二极管截止，输出为0，二极管亮，提示电路发生错误。
2.PWM、SO信号钳位
防止电路出现扰动，PWM和SO信号出现超过5V或者低于0V的情况，对PWM和SO信号进行了钳位，
当PWM或者SO信号超出5V时，与5V相连的二极管导通，PWM信号被钳位至5V；当低于0V时，与0V相连的二极管导通，PWM信号被钳位至0V。
3.最小脉冲抑制
最小脉冲抑制是为了防止没有足够长的开通或者关断时间来控制IGBT的开通或关断，主要是由于IGBT或者续流二极管刚开始导通时，还没有充满载流子，就关断IGBT或者二极管，电流变化率di/dt或者diF/dt会增加，加上换流回路杂散电感的存在，使IGBT产生过冲电压和损耗。
使用RC低通滤波的方式进行滤除窄脉冲，在施密特触发器前加RC电路。
图4 最小脉冲抑制原理图
选择R=3.3K，C=100pF，时间常数为RC=330ns，经过330ns的延迟后，如果PWM1信号大于施密特触发器的Vth，那么施密特触发器输出VOH。
4.互锁电路
为了防止上下桥臂同时导通，在DSP系统中给出了死区生成的设置，两路PWM信号之间的死区为500ns。在硬件上，根据下图原理进行搭建：
假设输入A和输入B具有一定的脉冲宽度，当输入A和输入B同为高电平的时候，输出B经过反相器转换成低电平与高电平的A信号相与，那么输出A为0；同理，输出A经过反相器转换成低电平与高电平的B信号相与，那么输出B为0，这样一个桥臂的两个管子都不导通。
同样假设输入A和输入B具有一定的脉冲宽度，当输入A为高电平，输入B为低电平的时候，输出B经过反相器转换成高电平与高电平的A信号相与，输出A依然为高电平；对输出B同理。
5.退饱和检测
IGBT正常工作时位于饱和区，CE电压很低，为饱和值UCEsat，一般为1-3V，但是当电路发生短路或者其他故障致使IGBT的集电极电流飞速上升时，比如达到额定电流的4倍以上，IGBT进入到线性区，电流稍微增大一点，VE电压就会急剧上升。所以当电路发生短路时（比如上下桥臂直通），那么CE电压会急剧上升，直到母线电压，IGBT的功率异常增大，结温异常升高，长时间工作在退饱和去会导致IGBT损坏。
VCE引脚是退饱和检测引脚，该引脚配合电阻RVCE、RVCEX可以发出一个几个毫安的电流。当IGBT工作在饱和区的时候，集电极电位较低，电流流过功率器件IGBT，当IGBT退饱和时，集电极电位急剧上升，电流只能对CRES电容进行充电，VCE引脚的电压不断上升，当电压上升到VDES的时候，芯片内部的比较器翻转（图1），逻辑电路开始报错，检测到IGBT退饱和，并启用软开关电路安全关断IGBT。
图8 退饱和电路原理图
6.栅极钳位
当IGBT出现短路或者过电流的时候，可能会通过密勒电容对栅极进行充电，使栅极电压升高，可能超过栅极电压峰值，因此就要将栅极电容限制到一个最大值。
使用一个二极管连接栅极和栅极电源，当栅极电位超过栅极电源的时候，被钳位至栅极电源。根据数据手册，开通栅极电源为15V。这里选用demo推荐的肖特基二极管PME G4010，反向电流更小，不会成为栅极电源额外的负载，反向电流太高也会增加栅极电位，同时肖特基二极管的正向压降更低，如果栅极电位高于栅极电压，栅极电位等于二极管正向压降+栅极电压，正向压降更小有利于更好的钳位效果。
7.集射极钳位
受母线电压不稳定和回路寄生电感的影响，集射极电压可能会超过IGBT的VCES，使IGBT损坏。比如当母线电压突然上升，此时IGBT关断时的峰值电压为母线电压+由于杂散电感导致的电压过冲，所以可能超过VCES。
这里使用反馈到栅极的有源钳位，原理如下。
当IGBT的集电极电压超过TVS管的钳位电压的时候，钳位二极管导通，将集电极电压稳定在钳位电压。这里选择TVS钳位二极管的时候，钳位电压不能高于IGBT的VCES，不能让低于母线电压。我选用的二极管是SMBJ440A单向TVS二极管，VRWM=440V，两个相同的进行串联，达到880V的钳位电压。
7.变压器隔离
使用5V转24的DCDC隔离变压器，分别给上下管两个驱动器进行供电，并根据demo推荐的共模电路进行搭建。
- 产品市场介绍
IGBT（绝缘栅双极型晶体管）驱动电路在市场上具有广泛的应用。IGBT是一种功率半导体器件，通常用于高压和高电流的功率控制应用，例如变频器、电力变换器、电动汽车驱动系统等领域。因此，IGBT驱动电路的市场需求与这些领域的发展密切相关。
随着工业自动化和智能化的发展，对于能效更高、体积更小、性能更稳定的IGBT驱动电路的需求逐渐增加。同时，电动汽车和新能源领域的快速发展也为IGBT驱动电路带来了新的市场机遇。
在市场竞争方面，IGBT驱动电路的供应商众多，主要包括因特尔、英飞凌、ADI等国际知名公司，以及一些国内厂商。这些厂商竞相推出更高性能、更可靠、成本更低的产品，以满足不断增长的市场需求。
总的来说，IGBT驱动电路的市场前景广阔，随着各个行业对功率控制和转换技术的需求不断增长，IGBT驱动电路作为关键的功率半导体器件之一，其市场规模和应用范围都将继续扩大。
- 方案框图
https://www.digikey.cn/schemeit/project/igbt驱动电路-e727c23f65c7452f89bf953bc429d092
- 感想
这次的活动给了我一个很好的实践平台，在这次实践活动中，从确定选题，到收集材料，学习教程，完成课题，实现了一次完整的实践收获了了很多的实践经验。
