除了功率模塊以外，每個電力電子系統都還有另外一個關鍵部件就是IGBT驅動電路，它們是功率晶體管和控制器之間非常重要的接口電路。因此，選擇適當的驅動電路就和逆變器整體方案的可靠性緊密相關。與此同時，驅動電路還應該具備最廣泛的系統適應性和用戶接口友好性。
例如，在一個電力電子逆變器中，微控制器提供系統正確運行所需要的數字信號。IGBT驅動電路的功能就是將來自于微控制器的信號轉換成具有足夠功率的驅動信號，來保證IGBT安全地關斷與開通。另一方面，IGBT驅動電路為微控制器和功率晶體管之間的電壓提供電氣隔離。為了在系統出現故障時功率模塊得到正確和有效的保護，保護功能也被集成到驅動電路中。
因此用于IGBT功率模塊上的驅動電路必須能夠完成門極驅動和模塊保護功能。它們還必須能為控制部分和功率半導體之間提供電氣隔離，并滿足多種不同型號IGBT的驅動要求。為了滿足上述要求，必須對現有的門極驅動電路進行優化。具體地說，就是必須在諸多因素如功能，靈活性以及性價比之間尋求最優平衡，所幸的是，在新的門極驅動電路SKYPER中我們做到了這一點。
結構
圖1是SKYPER驅動電路的原理框圖。該電路是一個半橋電路，它具備基本驅動電路所有的功能，如電勢隔離，保護功能如VCE監測，短脈沖抑制，欠壓監測以及死區時間。通過使用ASIC芯片以及基于基本驅動器功能的驅動器設計，它需要的元器件比傳統的驅動電路要少得多。
電源隔離
電源隔離最重要的要求就是必須具有很高的隔離電壓和足夠高的dv/dt。通過從原邊到副邊使用pF級的小容量耦合電容就可以得到高的dv/dt。這也會減小在功率半導體開關轉換時由位移電流導致的信號發射干擾。就逆變器而言，IGBT的快速開關會導致比較大的電壓階躍(高dv/dt值)。因此有必要考慮噪聲信號可能會影響到控制信號。這些噪聲信號可以通過電氣隔離器件的耦合電容到達控制系統。
在圖1所示的驅動核心電路中，(副邊的)功率開關管與(原邊的)信號電路被磁性變壓器隔離，磁性變壓器還傳遞驅動信號，驅動電流能量以及故障信號。這意味著驅動核心電路適用于電壓達1700V的IGBT。
使用信號變壓器(脈沖變壓器)不僅可以提供高質量的電氣隔離，它在原邊與副邊間還有很高的dv/dt(50kv/us)。與光耦構成的驅動電路不一樣的是，信號變壓器可靠性好，號電路通道被互鎖，直到有復位脈沖對該電路進行復位。在IGBT退飽和監視中，必須考慮它的實時飽和電壓特征。在IGBT開通的最初幾個微秒，集電極－發射極電壓遠高于穩定后的VCEsat值。因此監測電路的響應特征在消隱時間內(圖4)必須與VCEsat特征圖一致。
如果驅動電壓下降比較大，則門極驅動與保護功能都將失效。而且功率晶體管不再完全受控。因為門極電壓比較低，IGBT將工作在線性區間。如果IGBT工作在線性區間，它的損耗非常大，完全有可能發生熱過載。為了確保門極驅動電壓的降低能夠被檢測到，驅動電壓也受到實時監測，一旦電壓異常，則集成的故障存儲器被置位。至于電路短路的監測情況，一旦發生短路，則故障存儲器既封鎖輸出電路的輸入脈沖，也封鎖設置驅動電路故障信號的輸入脈沖。
為了避免橋臂發生短路，在電壓源電路中同一橋臂的IGBT一定不能同時開通。因為有驅動電路產生的死區時間，即使在輸入信號錯誤時，兩路輸出也會被互鎖。
在上述標準版本的驅動核心電路基礎上，我們還開發出一個增強版，它集成了其它一些功能如副邊故障輸入以及加強的故障管理功能，而且還加入了軟關斷技術以提高短路保護的能力。在發生短路時，該功能以比較低的速度關斷IGBT，從而降低了直流母線電壓過沖，使IGBT適應更高的直流母線電壓。這也意味著可以提高最終的輸出功率。
連接情況
SKYPER驅動核心電路適合于通過焊接或接插件與PCB進行組裝，能夠與多種IGBT模塊進行匹配。通過盡可能地優化開關特性，在此基礎上開發出來的解決方案既具備標準智能功率模塊的通用功能，又不失傳統功率模塊的靈活性。靈活的裝配設計允許驅動電路直接安裝在IGBT模塊上，而且這種連接使得IGBT模塊和驅動電路之間的連接線很短。因此這種驅動電路為電路設計者提供了帶電勢隔離和保護功能的簡單的門極驅動電路。SKYPER可被應用于如功率電子變換器等廣泛領域中。
參考文獻
1. http://www.semikron.com
2. Application Manual Power Modules, SEMIKRON International
