今天我們來聊一聊變頻器主回路中的驅動及保護電路，當然，實際使用中，驅動和保護的設計需要結合應用的具體需求，所以今天講到的不一定全面，但可以以此來做延伸~喜歡的話，還請大家多幫忙拉點人氣，謝了

01驅動和保護

下面我們借助例子來聊聊變頻器主回路中開關器件的驅動和保護，電路圖如下：

如圖所示，驅動脈沖WG3#低電平有效時，B點為低電平。當IGBT正常開通時，CE間電壓較低(一般為1.7～3V，這里假設為2V)，W點電位較低，C點是15V的高電平，則A點經3k和510歐電阻分壓得到1個電壓約為5V(2+0.7+2)，該電壓不足以導致反向器翻轉，點F保持高電平，三極管不導通，FO為高電平;若IGBT發生短路故障，CE間電壓VCE增大，導致A點電平升高，達到反向器的翻轉電平，從而使F點為低，三極管導通，FO輸出為低，從而產生故障信號，同時B點也變成高電平，將該IGBT驅動脈沖封鎖，達到保護IGBT的目的。D點到B點的反饋起個增強穩定的作用，去掉影響也不大。

下圖是一個改進的模塊驅動保護電路：

和之前的主要差別在于前者中IGBT發生短路故障時，導致A點電平升高，達到反向器40106的翻轉電平時使F點為低，輸出故障信號。這里40106的翻轉電平對應的電壓有個范圍，而且不同廠商的產品可能會有所不同，這會導致過流點不準確，所以后者利用一只穩壓管BZX84C7V5將A點的故障電位點限定在7.5V，當IGBT發生短路故障時，導致A點電平升高超過7.5V，穩壓管導通，三極管Q3開通，C點為低電平，FO輸出為低，從而產生故障信號。

此外上圖中還增加了驅動電源欠壓保護電路，當驅動電源VCC_U低于12V時，三極管Q2截止，D點、B點為高電平，使三極管Q3開通，產生故障信號。當驅動電源VCC_U正常為15V時，D點為低電平，對B點無影響。二極管D3的作用是單向導通，D點為低電平時，使保護電路對欠壓電路部分無影響。

典型的IGBT驅動電路如下圖。對于IGBT的驅動，由于IGBT的特性隨VGE和RG變化，而且隨IGBT的電流不同驅動功率有所變化，因此驅動電路的結構也有所不同。

門極驅動電阻RG對IGBT的動態特性有較大的影響。如圖，IGBT的GE之間有個寄生電容CGE，該電容一般隨IGBT容量增大而增大。RG越小，IGBT的柵極電容充電就快，開關時間短，開關損耗就小，但RG較小時使得IGBT開通時di/dt變大，從而引起較高的du/dt，增加續流二極管恢復時的浪涌電壓，因此選擇RG時需要折中考慮。RGE的作用是防止IGBT柵極電荷積累，一般取值是10k～100k。

GE之間的穩壓管一般取值16～18V，防止柵極出現電壓尖峰。

三極管Q1、Q2構成驅動功率推挽放大。IGBT開通時，門極正向電壓最佳值為15V±10%;IGBT關斷時，最好加個負偏電壓，最好取值在-5～-10V之間。

采用對管驅動的目的在于，當Q1導通時，對IGBT的柵極電容充電，使IGBT導通，當IGBT需要關斷時，Q2導通，為柵極電容提供放電回路，從而使IGBT基極電壓迅速拉低，關斷IGBT。如果沒有下管，則無法為柵極電容放電，IGBT無法關斷。

這里簡單舉例說明了變頻器中IGBT的保護，關于IGBT的保護措施還有很多，找時間我們可以羅列一些(講真的，有些東西一展開就沒完了，O(∩_∩)O~還慢慢聊吧，嘮著嘮著就都有了)。

02小功率驅動電路

小功率驅動電路(門極驅動電流≤2A)，常見驅動方案是光耦驅動電路，主要有：

HCPL3120/PC923/TLP250

HCPL316J/PC929

等等各種適合的。

如第一節所示的驅動電路，適用于15kW以下(50A以下的IGBT)。主要特點是驅動采用單電源供電，關斷時為零電壓而不是負電壓，上三路使用三個隔離電源，下三路(還有制動管)可以共用一個電源，簡化了電源和電路結構。

為了進一步簡化電源結構，4kW以下的機型可以采用自舉電源，即全部驅動部分只使用一個電源，逆變橋的上下臂之間通過電容自舉充電，用二極管實現隔離，如圖。

以上只是一個橋臂的電路圖，當驅動脈沖為負下橋臂T2開通上橋臂T1關斷時，驅動電流按圖中紅線構成回路，同時由于T2開通，G點和D點具有相同的電位，這樣16V驅動電源同時通過二極管D19對電容C10充電，FAEDG構成充電回路。

當驅動脈沖為正上橋臂T1開通下橋臂T2關斷時，由于下橋臂T2關斷，16V電源沒有回路，此時只能由電容C10為T1提供驅動能量，驅動電流按圖中藍線構成回路。如果以G點為零電位，則D點電位為直流母線電壓值(通常認為是536V)，此時電容C10正端A點的電位隨D點自動抬升，其值為536V+15V，保證T1的GE之間的驅動電壓為15V，因此該電路成為“自舉電路”。圖中二極管D19的作用是在電容C10作為T1驅動電源的時候隔離16V電源，從而實現電位自舉。假如去掉二極管，則A點電位限制在16V，不能隨隨D點自動抬升，因而無法開通T1管。

上述自舉電路的上橋臂靠電容儲能提供驅動能量，驅動能力有限，因此一般只用于4kW以下的小功率驅動，其主要優點是減少了隔離驅動電源的路數，使結構更加緊湊，從成本上看，比四路驅動稍微便宜一點。

03中小功率驅動電路

對于18.5～30kW的機型，采用100～150A電流的IGBT，一般采用模塊，驅動同樣采用單電源供電，關斷時為零電壓，為了擴大驅動能力，輸出級的推挽電路采用了兩只三極管并聯，而且每個IGBT都單獨供電，如圖：

04中等功率驅動電路

在37.5～75kW的功率段，隨著IGBT電流和發熱的增大，不能使用6管封裝的模塊，一般采用三個橋臂構成三相全橋，IGBT電流容量在150～400A之間。這時為了實現IGBT的快速關斷，需要采用負偏電壓關斷。同時為了提高可靠性，每個IGBT都單獨供電。

下圖是帶負偏的雙電源電路圖：

可以采用合適的驅動芯片來搭建驅動電路，此外，為了獲得足夠的驅動能力和反向關斷功能，還可以采用橋式驅動電路：

橋式驅動每路只需要單電源供電，無需提供負偏反壓，關斷期間H橋本身在IGBT的GE之間產生了一個15V的負偏。主要缺點是該電路元件較多，焊接比較麻煩，這對可靠性有一定影響，而且關斷期間負偏和開通期間的開通電壓都是15V，IGBT關斷電壓一般推薦是-5～10V，-15V的關斷電壓會增加驅動功率，需要考慮增大電源容量。

橋式驅動電路也可以改成使用雙電源的雙管推挽驅動，增加了電源的復雜性，但節省了一對驅動管，效果和成本差不多。

05中大功率驅動電路

90kW功率段以上，受模塊電流容量和散熱的限制，需要對IGBT模塊進行并聯來擴大容量，這時候的驅動芯片需要根據實際的驅動能力要求來選擇。該功率段一般不使用自搭的橋式驅動或推挽驅動電路，畢竟從可靠性角度講，專用的驅動電路可靠性要高很多。

在200kW～400kW功率段，隨著輸出電流的增大，IGBT并聯模塊數增多，對于驅動能力的要求也隨著增加。一般會在驅動芯片電路后級加上一級放大電路，對于更高的能力，后級推挽電路可以采用三極管并聯的方式來擴容。

下面給出兩個例子：