基于窄脈沖傳輸的脈沖展寬IGBT驅動電路研究

王翠云 司向飛

摘要：文章先分析了基于窄脈沖傳輸的脈沖展寬IGBT驅動電路組成結構，隨后介紹了基于窄脈沖傳輸的脈沖展寬IGBT驅動電路具體操作運行原理，包括脈沖形成和脈沖展寬電路運行原理，希望能給相關人士提供有效參考。

關鍵詞：窄脈沖傳輸;脈沖展寬;IGBT驅動電路

引言：驅動電路作為高電壓隔離隔離系統中的重要影響元素，其普遍選擇光耦隔離以及光纖隔離等方法，而上述方法可以有效傳送電壓信號，結束隔離環節后應該借助高壓隔離輔助直流電源方法進一步放大信號功率，適用于單獨IGBT驅動電壓隔離。

一、基于窄脈沖傳輸的脈沖展寬IGBT驅動電路組成結構

下圖是IGBT驅動電路整體結構組成，其中的功率擴大電路主要分布于高壓隔離電路前方位置，以輔助直流電源作為主要驅動裝置，不需要其他高壓隔離裝置，高壓隔離電路可以順利把各種能量信號傳遞到脈沖展寬線路當中，經過高壓隔離后，電路內部無需設置其他高壓隔離直流輔助電源驅動IGBT。

下圖是IGBT驅動電路不同板塊傳輸脈沖波示意圖，內部PON以及POFF屬于信號電路內所形成的兩個基準脈沖信號，分成關斷窄脈沖POFF以及開通窄脈沖PON，脈沖頻率能夠和控制信號維持相同頻率，同時還可以借助信號電路實施控制，而兩種脈沖寬度能夠進行單獨調整，兩者升高順著時間間隔t1能夠實現連續調節。信號PT屬于高壓隔離電路中的傳輸電壓信號，涵蓋兩個脈沖，分別是turn-off窄脈沖以及turn-on窄脈沖，兩個對應相位和POFF以及PON維持一致。PG信號屬于脈沖展寬電路到IGBT柵極之間的驅動信息，相位處于POFF以及PON升高順著時間變化呈現為正向電壓，處于POFF、脈沖中是負向電壓，結束后重新轉化成零電壓狀態。IGBT導通時間主要是由時間所影響，在向上脈沖上升開通，于向下脈沖升高沿處斷開，同時斷開時刻對應柵極即可呈現出反壓偏置模式，確保IGBT斷開可靠性和迅速性[1]。

二、基于窄脈沖傳輸的脈沖展寬IGBT驅動電路運行原理

（一）脈沖形成

下圖是形成開啟和關斷窄脈沖電路圖，正常運行中，信號形成電路內CD4089-1對應Q管腳輸出和控制信號頻率一致開通脈沖PON，CD4089-1對應Q管腳傳輸頻率相同關斷脈沖POFF，CD4089-1對應Q管腳的脈沖傳輸寬度會影響時間變化。脈沖寬度會受到和管腳銜接電阻以及定容RC數值影響，對應R選擇可調節電位器。功率擴大電路屬于一種代表性橋式擴大電路，主要選擇兩對PNP型以及NPN型三極管，輸入開啟和關斷脈沖信號，輸出和高壓隔離電路對應兩個輸入進行連接。高壓隔離電路中設置高壓隔離脈沖變壓器，開啟和關斷信號通過功率放大電路傳送到變壓器原邊，并在變壓器原邊形成涵蓋開啟、關斷在內的窄脈沖信號。

（二）脈沖展寬電路運行原理

脈沖展寬電路，具體功能是把開啟脈沖以及關斷脈沖進行解調，轉化成IGBT驅動信號，并在開啟脈沖中合理存儲各種能量，在關斷脈沖過程中為IGBT柵極設置反壓偏置。電路內單純涵蓋三極管、二極管、穩壓管、電容以及電阻等部件，不需要額外設置高壓隔離直流輔助電源進行供電。脈沖展寬電路于關斷脈沖中，脈沖展寬間、關斷脈沖間、關斷脈沖后四種工作狀態。在IGBT導通中，如果出現過流現象，驅動電路傳輸附加脈沖，將IGBT快速關斷，該種條件下脈沖展寬電路對應電流方向和關斷脈沖操作過程相同[2]。

結語：綜上所述，本文提出一種以窄脈沖傳輸為基礎的無源驅動電路，并選擇脈沖展寬電路實施寬脈沖IGBT驅動信號，該種無源驅動電路能夠幫助有效縮減高壓隔離脈沖變壓器所占空間，不需要高壓隔離輔助直流電源，同時IGBT在關閉狀態下，柵極反壓偏置，能夠促進IGBT實現快速關斷。

參考文獻：

[1]蘇寧.百瓦級超短脈沖摻鐿光纖放大器及超連續譜產生的研究[D].北京工業大學，2020.

[2]楊建芳.基于高群速度色散光纖實現脈沖壓縮和展寬的數值研究[D].北京交通大學，2020.

作者簡介：

王翠云（1981年4月——）;女，漢族，籍貫：山東平度，碩士研究生，高級工程師;研究方向：中高壓IGBT功率模塊的應用及驅動技術研究。