基于數字信號處理器的IGBT驅動電路可靠性分析與設計

1.2.2 柵極電荷要求

IGBT的開通和關斷通過柵極電路的充放電來實現，因此，柵極電阻選擇是否適當直接關系到IGBT的動態特性。

1.2.3 耐固性要求

IGBT處于關斷期間，施加于IGBT集電極－柵極電容上的dv/dt可導致有電流流過柵極電路。假如此電流足夠大，在柵極電阻上產生的電壓，有可能導致IGBT誤開通，因此，較小的柵極電阻可增加IGBT驅動的耐固性(即防止dv/dt帶來的誤開通)。但是，較小的柵極電阻使得IGBT的開通di/dt變大，會導致較高的dv/dt，增加了續流二極管恢復時的浪涌電壓。

因此，在設計柵極電阻時要兼顧到這二個方面的問題。

1.2.4 柵極驅動功率要求

IGBT開關要消耗來自柵極電源的功率。其功耗受柵極驅動正、負偏壓的差值ΔVGE，柵極總電荷QG和工作開關頻率f的影響，式（1）給出了電源平均功率。

PAV=ΔVGE×QG×f（1）

2 數字信號處理器PWM口驅動能力

IGBT驅動信號的產生可通過模擬和數字兩種方式來實現。隨著微處理技術的發展（包括處理器、系統結構和存儲器件），數字信號處理器以其優越的性能在交流調速、運動控制領域得到了廣泛的應用。采用數字信號處理器構成的調速系統，由處理器集成的PWM模塊產生功率單元(IGBT)的驅動信號。而PWM接口驅動能力及其與IGBT的接口電路的設計直接影響到系統工作的可靠性。

2.1 TMS320LF2407A與TMS320F240PWM口驅動能力比較

目前，數字信號處理器芯片供應廠商主要有TI公司、AD公司、Motorolar公司等,本文對交流調速系統中廣泛應用的TI公司的TMS320LF2407A與TMS320F240兩個產品的PWM口驅動能力進行了比較，從而為設計可靠的驅動電路提供了有力數據。據數據手冊可知，長期在絕對最大額定條件下運行將影響器件的可靠性。表1給出F240工作電壓絕對額定值以及在推薦工作條件下PWM口驅動輸出電流能力。表2給出LF2407A工作電壓絕對額定值以及在推薦工作條件下PWM口驅動輸出電流能力。

表1 F240驅動輸出電流能力

表2 LF2407A驅動輸出電流能力

由表2可以看出，LF2407A兩個事件管理器中的PWM口驅動能力不同。同時，比較表1及表2可以看出F240與LF2407A雖然均采用CMOS技術，但是，F240使用5VCMOS電平而LF2407A使用3.3VCMOS電平低壓供電方式，因此，PWM口驅動能力不同。為了保證系統可靠性，在設計驅動電路時應充分考慮以上特點。

2.2 F240與LF2407APWM接口驅動設計

微處理器采用不同的集成技術，在設計接口電路時應充分考慮其驅動能力及電平匹配。對于F240，采用5VCMOS技術，直接與TTL電平相兼容，不必考慮一些特殊接口電路。但從可靠性設計角度出發，可在處理器與驅動芯片之間增加隔離驅動芯片，如圖2所示。

圖2 PWM口驅動框圖

LF2407A采用3.3V CMOS技術，該技術使得電路實現了低功耗工作，同時也帶來了一些問題，即接口電平匹配與驅動能力問題。圖3給出了3.3V CMOS輸出到MOSFET的輸入接口電路。許多MOSFET在一定的負載電流下要達到飽和導通柵極電平大于3.3V，因此設計中采用標準5V CMOS緩沖器74HC240將3.3V CMOS轉換到5VCMOS電平。

圖3 3.3V CMOS輸出接口電路