问题24 电力半导体器件驱动电路的具体形式有哪些？

电力半导体器件的驱动电路是电力电子电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。

性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的工作状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对于整个装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。另外，电力电子器件或整个装置的一些保护设备也往往就近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。

简单地说，驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对于半控型器件，只需提供开通控制信号；对于全控型器件，则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。

驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器；磁隔离的元器件通常是脉冲变压器，当脉冲较宽时，应采取措施避免铁心饱和。

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。驱动电路的具体形式可为分立元器件构成的驱动电路，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路，包括双列直插式集成电路，以及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。为达到参数的最佳配合，首选器件生产厂家专门为其器件开发的集成驱动电路。

一般来说，电力半导体器件驱动电路的常见形式包括：

①分立元件。分立元件形式的驱动电路的设计和应用主要是受当时电子元器件技术水平和生产工艺的制约。随着大规模集成电路的发展和贴片工艺的出现，这类分立元件插接式驱动电路因结构复杂、集成化程度低、故障率高，已逐渐被淘汰。

②光耦合驱动电路。光耦合器构成的驱动电路具有线路简单、可靠性高、开关性能好等特点。

③厚膜驱动电路。厚膜驱动电路是在阻容元件和半导体技术的基础上发展起来的一种混合集成电路，它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制作模式元件和连接导线，将驱动电路的各元件集成在一块陶瓷基片上，使之成为一个整体部件。使用厚膜驱动电路给设计布线带来了很大方便，可提高整机的可靠性和批量生产的一致性，同时也加强了技术的保密性。现在的厚膜驱动电路集成了很多保护电路和检测电路。

④专用集成驱动电路。在GTR集成驱动电路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常见。

IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。

下面分别简单介绍使用半控型器件晶闸管，以及使用诸如GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT等全控型器件的驱动电路。

1．晶闸管的驱动电路

晶闸管是半控型器件，其驱动电路一般被称为触发电路。

晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路往往包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路。触发电路一般由同步电路、移相控制电路、脉冲形成电路和脉冲功率放大4部分组成。

图3-4所示为常见的晶闸管触发电路。它由VT₁、VT₂构成的脉冲放大环节和脉冲变压器（TM）以及附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。

2．全控型器件的驱动电路

（1）电流驱动型器件的驱动电路

GTO和GTR是电流驱动型器件。GTO一般用于大容量电路的场合，其驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿，因此目前应用较广，但其功耗大，效率较低。

图3-5所示为典型的直接耦合式GTO驱动电路。

图3-6所示为一种GTR驱动电路。它包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。

（2）电压驱动型器件的驱动电路

P-MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。P-MOSFET的栅源极之间和IGBT的栅射极之间都有数千皮法的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。

图3-7所示为一种P-MOSFET驱动电路，它也包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。

IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。图3-8所示为M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图。这些混合驱动器内部都具有退饱和检测和保护环节，当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT，并向外部电路给出故障信号。M57962L输出的正驱动电压均为15V左右，负驱动电压为-10V。

至今，国外许多厂家已经生产出各类电力电子器件的各种驱动器，尽管其具体电路的基本原理相差不大，但品种繁多，而且新的品种还在不断推出。