电力电子igbt应用一文弄懂IGBT驱动|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

一文弄懂IGBT驱动

我们都知道，电机驱动是IGBT的主要应用领域之一。

有的同学可能会有这样的困惑：

“IGBT本来就是驱动电机的，为什么它自己还需要一个驱动？IGBT驱动到底是做什么的？”

这个问题说来简单，就像《极简电力电子学》中所说：“IGBT本质上就是一个电子开关，就好比你家里墙上的开关，按一下，开关闭合，电灯亮起；再按一下，电灯熄灭。

当然，操作IGBT，不再是手，而是电子脉冲。高电平来临时，器件开通；低电平来临时，器件就关断。手动操作开关，可能一秒钟一两次，而我们的电子开关，一秒钟可以开关上万次，几十万次。

那么这时候问题来了：控制IGBT电子脉冲从哪儿来？

有的同学要举手了：我知道我知道！控制脉冲可以从MCU来！

非常棒！你都会抢答了！

MCU就像我们的大脑，它控制我们身体的一举一动。但它发出的神经元信号非常微弱，根本无法按动开关。所以大脑需要把这个信号传送给手，由手部肌肉运动来产生一定的力量，摁下开关。IGBT的驱动就是控制IGBT的、灵巧又有力量的“手”。

那么，信号从MCU到IGBT驱动芯片，中间都经历了什么？

首先

MCU的输出电流是mA级别，而IGBT需要的驱动电流可能达到几安培。IGBT驱动要完成的首要任务，就是作为一个放大器，放大电流。

其次

MCU输出电平一般是3.3V，而IGBT一般的驱动电压要达到15V。IGBT驱动需要把3.3V信号转成15V信号。而且这个15V，不是一般的15V。IGBT一般工作在桥式电路中。桥式电路会承受母线电压。当电路不开关时，桥式电路的中点会承受一半的母线电压；在上管开通时，中点电位与母线电压相同。

这时上管IGBT驱动的工作，就是要在几百伏或上千伏的母线电压基础之上，再生成一个15V的电压信号来。好比说MCU提供了一颗长在地上的小树苗，IGBT驱动的工作不光是要把小树苗变成大树，还要把它移植到高山上去。听起来是不是很厉害！

最后

MCU 在低压侧，其供电电压一般为5V。IGBT在高压侧，母线电压可达几千伏。因为低压侧会有人机接口，所以绝对不能让高压侧高电压流窜到低压侧，给人体造成伤害！有的时候，IGBT驱动需要有一定的电气隔离能力，做为低压侧和高压侧之间的屏障，防止副边高压对原边操作的人体造成伤害。如果IGBT驱动不具有绝缘能力的话，绝缘屏障就要加在MCU与人机接口之间。

能完成以上功能的驱动，我们称之为紧凑型驱动。比如英飞凌1ED X3 compact系列：

在有些应用场景下，驱动要提供丰富的保护功能。首先，驱动器要长出一双“眼睛”（故障检测），观察“电灯”（负载）或者“开关”（IGBT）运行是否正常。如果负载有异常，故障检测立刻发送信号给“大脑”MCU，MCU发指令给IGBT驱动，IGBT驱动关闭功率器件，避免炸机。我们把具有保护功能的IGBT驱动IC称为增强型驱动。IGBT驱动的保护功能包括欠压关断、短路保护、过压保护、过温保护、米勒钳位、软关断等。

这一类驱动，我们称之为增强型驱动芯片，代表产品有英飞凌1ED34x1MC12M：

英飞凌提供完整的功率器件+驱动芯片解决方案。

英飞凌驱动芯片技术有两类：非隔离型和隔离型。非隔离型的驱动，使用的是level-shift电平转移技术，顾名思义，它能把平地上的“小树苗”移植到高山上去，但不具有绝缘能力。其中，SOI是一种特别的level-shift技术，它在绝缘的二氧化硅层上制作晶体管，杜绝了漏电流的产生，从而使驱动芯片具有很强的抗负压能力。

隔离型的驱动，既能完成电平转换，也具有原副边电气隔离的能力。市面上常见的隔离技术有光隔离，磁隔离，容性隔离。英飞凌隔离型驱动采用的是磁隔离技术，它使用两个线圈分别作为原边和副边的信号接收器，二氧化硅作为中间的绝缘层，又叫做无磁芯变压器技术。

说到这里，不知道大家有没有发现一个有趣的现象，整个电力系统就像是一个层层放大的套娃：MCU发出的mA级微弱信号，经IGBT驱动芯片放大到几安培，驱动芯片后面可能还有一个booster电路将驱动电流放大到十几安培，这个电流再经过IGBT，可以放大到几百安甚至几千安的，从而举起矿石，升起电梯，驱动高铁。IGBT驱动是整个系统中至关重要的一环。

刚刚接触IGBT驱动芯片的小伙伴，面对琳琅满目的IC型号难免眼花缭乱。其实选择合适的IGBT驱动芯片非常简单，英飞凌有在线的驱动IC选择工具，只需要输入系统的电压、电流、绝缘等级等简单信息，工具就会推送合适的产品了。

IGBT的主要应用领域有哪些？

自20世纪80年代末开始工业化应用以来，IGBT发展迅速，不仅在工业应用中取代了MOS和GTR，还在消费类电子应用中逐步取代了BJT、MOS等功率器件的众多应用领域，甚至已扩展到SCR及GTO占优势的大功率应用领域。

作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT是国际上公认的第三次革命具代表性的电力电子技术产品。据中国产业信息网，该器件已广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。

结合IGBT的广泛应用，小编主要围绕其应用于新能源汽车、智能电网、轨道交通这三大领域展开论述。

1、新能源汽车

IGBT是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件，在电动汽车中发挥着至关重要的作用，主要作用于电动车汽车的充电桩、电动控制系统以及车载空调控制系统。

（1）电动控制系统

作用于大功率直流/交流(DC/AC)逆变后汽车电机的驱动；

（2）车载空调控制系统

作用于小功率直流/交流(DC/AC)的逆变；

（3）充电桩

智能充电桩中被作为开关元件使用；

2、智能电网

智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端均需使用IGBT。

（1）发电端

风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需使用IGBT；

（2）输电端

特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需大量使用IGBT；

（3）变电端

IGBT是电力电子变压器的关键器件；

（4）用电端

家用白电、微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求；

3、轨道交通

众所周知，交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一，可以说该器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。

有关IGBT的主要应用领域，小编就讲到这里啦，欢迎留言评论~

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IGBT的主要应用领域有哪些？