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绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor, IGBT）的驱动一般采用厚膜集成驱动器EXB840（841）等。但厚膜集成电路价格昂贵，而且虽然EXB840（841）具有过流关断功能，但它不能彻底封锁门极脉冲，在故障不消失情况下会出现每周期软关断保护一次的情况，由此产生的热积累也会造成IGBT损坏[1]。 2 系统结构 该伺服系统为三闭环结构，转速环、位置环由单片机实现，电流环由硬件实现。逆变器采用IGBT构成，系统硬件结构图如图1所示。  3 IGBT的驱动 IGBT驱动电路的设计主要应考虑如下因素：[2] 4 IGBT的保护 （1）短路保护 有两种形式的短路需要考虑：一种是器件开通时短路情况已经存在（典型波形如图2所示）；另一种是器件开通期间出现了短路情况（典型波形如图3所示）。   短路电流能通过降低基、射极两端电压VGE来减小，如果在短路电流上升时降低VGE使其小于15V，电路承受短路电流的时间会增加。基、射极两端电压为： VGE=C＊dv/dt＊RG+VG 。为了防止VGE过高，在门极、发射极两端直接跨接两个反向连接的稳压二极管以限制VGE（如图4所示）。 （2）过电压保护 IGBT关断时的换相过电压，决定于主电路的杂散电感及关断时的di/dt，在正常工作状态时，di/dt较低，通常不会造成IGBT损坏，但在过电流故障状态时，di/dt迅速增大，造成较高的过电压，为此应尽量减小主回路的布线杂散电感。 （3）过电流保护 当过电流的倍数小于工作电流的2倍时，可采用瞬时封锁门极脉冲的方法来实现保护。但当过电流的倍数较高，加瞬时封锁门极脉冲会因-di/dt很大（2000A/μs～3000A/μs），在回路杂散电感上感应出较高的过电压，造成IGBT击穿损坏。为此应使门极正电压在2～5μs内软关断下降至零电压。 | |||||||||
5 主电路 该伺服系统的主电路如图5所示，其结构为常用的交-直-交型结构。图中R为压敏电阻，用于抑制浪涌电压。C为滤波电容，其值取2200μF。  6 驱动和保护电路 当IGBT用于功率小于5KW的场合时，驱动电路可以不必使用价格较昂贵的厚膜驱动电路。此外，为了避免EXB840（841）在故障不消失情况下出现每周期软关断保护一次的情况，在本系统的设计中采用分立元件构成驱动电路，具体电路如图6所示。图中CS为霍尔电流传感器。在门极电路失电时为了泄放掉门极和发射极之间的电荷，在门极和发射极间引入电阻R7。  电路工作原理如下： （1）当光耦原边有控制脉冲输入时，光耦导通，V1基极电位下降，处于截止状态，V3导通，V4截止，电源通过V3、R6给IGBT提供电流，使其迅速导通。 （2）当光耦原边控制脉冲消失时，光耦截止，V1基极电位上升，处于导通状态，V3截止，V4导通，IGBT栅极电荷通过V4、R6迅速放电，当IGBT栅极施加－5V反压时，它可靠关断。 （3）当IGBT出现短路故障时，霍尔电流传感器CS流过一定的电流使V2饱和导通C2通过V2、R4放电，图中A点电位慢慢下降，实现IGBT的慢关断。只要故障存在，V2就不会退出饱和，不论有无控制脉冲IGBT都不会导通。故障消失时，V2恢复截止状态，电路仍能正常工作。 IGBT的过电压保护利用电压检测元件封锁控制脉冲的方式实现。 7 仿真及实验结果  仿真及实验结果显示，本系统所采取的驱动和保护措施是有效的。驱动电路输出波形如图7所示。 系统取得了+3脉冲/转的控制精度（光电编码器的分辨率为5000脉冲/转），并且连续运行6个月未发生IGBT损坏现象。 |