电力电子_解析目前目前绝缘栅器件驱动技术发展现状

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电力电子_解析目前目前绝缘栅器件驱动技术发展现状
　VMOS场效应管(以及IGBT绝缘栅双极性大功率管等器件)的源极和栅极之间是绝缘的二氧化硅结构，直流电不能通过,因而低频的静态驱动功率接近于零。但是栅极和源极之间构成了一个栅极电容Cgs，因而在高频率的交替开通和关断时需要一定的动态驱动功率。小功率VMOS管的Cgs一般在10-100pF之内,对于大功率的绝缘栅功率器件,由于栅极电容Cgs较大，在1-100nF,甚至更大,因而需要较大的动态驱动功率。更由于漏极到栅极的密勒电容Cdg,栅极驱动功率是不可忽视的。
开关电源中大功率器件驱动电路的设计一向是电源领域的关键技术之一。普通大功率三极管和绝缘栅功率器件(包括VMOS场效应管和IGBT绝缘栅双极性大功率管等),由于器件结构的不同,具体的驱动要求和技术也大不相同。前者属于电流控制器件,要求合适的电流波形来驱动;后者属于电场控制器件,要求一定的电压来驱动
　　无源方法就是用变压器次级的输出直接驱动绝缘栅器件，这种方法很简单，也不需要单独的驱动电源，但由于绝缘栅功率器件的栅源电容Cgs一般较大，因而栅源间的波形Vgs将有明显变形，除非将初级的输入信号改为具有一定功率的大信号，相应脉冲变压器也应取较大体积。
　　有源方法中的变压器只提供隔离的信号，在次级另有整形放大电路来驱动绝缘栅功率器件，当然驱动波形好，但是需要另外提供隔离的辅助电源供给放大器。而辅助电源如果处理不当，可能会引进寄生的干扰。
　　自给电源方法的已有技术是对PWM驱动信号进行高频(1MHz以上)调制，该信号加在隔离脉冲变压器的初级，在次级通过直接整流得到自给电源，而原PWM调制信号则需经过解调取得，显然，这种方法并不简单, 价格当然也较高。调制的优点是可以传递的占空比不受限制。
　　分时式自给电源是北京落木源公司的创新技术，其特点是变压器在输入PWM信号的上升和下降沿只传递PWM信息，在输入信号的平顶阶段传递驱动所需要的能量，因而波形失真很小。这种技术的缺点是占空比一般只能达到5-95%。
　　市场上的驱动器产品简介
　　当前市场上的成品驱动器,按驱动信号与被驱动的绝缘栅器件的电气关系来分,可分为直接驱动和隔离驱动两种,其中隔离驱动的隔离元件有光电耦合器和脉冲变压器两种。
　　不隔离的直接驱动器
　　在Boost、全波、正激或反激等电路中，功率开关管的源极位于输入电源的下轨，PWM IC输出的驱动信号一般不必与开关管隔离，可以直接驱动。如果需要较大的驱动能力,可以加接一级放大器或是串上一个成品驱动器。直接驱动的成品驱动器一般都采用薄膜工艺制成IC电路，调节电阻和较大的电容由外引脚接入。
　　目前的成品驱动器种类不少，如TI公司的UCC37XXX系列，TOSIBA公司的TPS28XX系列，Onsemi公司的MC3315X系列，SHARP公司的PC9XX系列，IR公司的IR21XX系列，等等，种类繁多，本文不作具体介绍，读者可查阅相关资料。
　　调制驱动器，除无需用户提供辅助电源外，还具有隔离电压高的特点，但是价格较高。
　　变压器隔离、分时式自给电源驱动器
　　分时式自给电源驱动器产品的优点是：价格便宜，大中小功率的电源都可应用;驱动器自身不需要单独的供电电源，简化了电路;输出驱动脉冲的延迟很少，上升和下降沿也相当陡峭;工作频率较高;并且可在占空比5-95%的范围内工作。
　　分时式自给电源驱动器的缺点是：当工作频率较低时变压器的体积较大，厚膜化困难，由于自给电源提供的能量有限、难以驱动300A/1200V以上的IGBT。
　　TX系列驱动器介绍
　　本公司共有七个系列的IGBT、MOSFET驱动器产品，其中五个系列的驱动器产品，一个系列的驱动板产品，一个系列的驱动用电源产品。
　　TX-KA系列IGBT驱动器
　　采用高速光电耦合器隔离，保护措施比较完备，具有信号封锁功能，可以最大限度地保护IGBT。其中多个型号与国外产品兼容。KA101具有完善的三段式短路保护。
　　TX-KB系列IGBT驱动器
　　采用变压器隔离，工作频率比较高，具有较完善的保护功能，具有信号封锁功能。
　　TX-KC系列IGBT驱动器
　　保护功能比较完善，具有信号封锁功能，采用变压器隔离，次级采用分时自给电源，无需用户提供隔离电源。
　　TX-KD系列IGBT驱动器
　　种类较多，采用变压器隔离，次级采用分时自给电源，占空比可达5-95%，使用方便，价格较低廉，能驱动各种单管和半桥、双正激、同步整流电路中的双管，但一般不适用于很低频率的情况。
　　TX-KE系列MOSFET、IGBT驱动器
　　变压器隔离，采用调制技术，次级采用调制式自给电源，无需用户提供隔离电源;PWM开关信息通过调制传递到次级。工作频率范围宽，占空比可在0-100%之间。
　　驱动板系列
　　集成了驱动器及其外围元器件，(以及辅助电源)，配合用户的主控板和功率器件，构成完整的电源系统，最大可驱动1000A以上的IGBT。板上辅助电源有AC/DC、DC/DC和自给电源等多种型式。
　　驱动电源
　　专为驱动器配套，隔离电压高，有AC/DC，也有DC/DC。
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