一种适合中频感应加热电源的IGBT驱动技术
一种适合中频感应加热电源的IGBT驱动技术
摘要：为了满足感应加热电源中对IGBT驱动与保护功能的要求，采
用北京落木源电子技术有限公司生产的专用于大功率单管MOSFET和IGBT的驱动芯片TX-KA101为核心器件设计一个驱动电路。该驱动芯片
具备完善的三段式过流保护功能，工作频率高(可达80kHz),延迟时间小,驱动能力强，保护功能完善，因而非常适合10~50kW感应加热电源的应
用。对此驱动电路的构成、工作原理、外围电路的设计和参数设置作了详
细的描述并给出实验结果，最后经部分公司在中频感应加热电源上的成功应用进一步验证了由KA101驱动芯片构成的驱动电路运行稳定可靠,效率
高,发热量小，可以经受工业环境中的严峻考验。关键词：感应加热；IGBT驱动和保护；TX-KA101；三段式过流保护
感应加热电源已经在工业中得到了广泛的应用，其中功率半导体器件
及其控制技术的发展是影响大功率感应加热电源应用水平的重要因素。目前以IGBT器件为代表的功率半导体器件采用电压型驱动，具有驱动功率
小、开关速度快、饱和压降低以及可耐高压、大电流等一系列优点[1],被
广泛运用在感应加热电源中。在IGBT的具体应用中，对于不同的频
率、功率等级和不同的电路拓扑结构,其驱动和保护电路各不相同。因此需
要应用工程师考虑方方面面的问题。针对IGBT构成的单相桥式串联谐振
逆变器的感应加热电源,本文提出一种采用北京落木源电子技术有限公司
生产的IGBT专用驱动芯片TX-KA101作为核心器件，附加简单的外围和检测电路构成的IGBT驱动电路,很好地解决了以上几个方面的问题。它具
有驱动能力强、延时小、工作频率高的优点，在短路过流保护方面，采用优于行业其他产品的三段式过流软关断技术，能有效降低IGBT损坏的风
险。同时可根据用户需求调节保护阈值、盲区、软关断时间等参数，使产品的适用性得到极大的提高。1KA101驱动构成及工作原理1.1KA101主要特点TX-KA101是北京落木源电子技术有限公司生产的专用于IGBT驱动的单管大功率集成芯片，它具有驱动延迟时间小(小于0.6
142物流技术与应用
2019.09权威AAUTHORITATIVE FORUM
随着国家对环保要求提高，工业
车辆制造中内燃设备的使用比例
开始下降，电动设备的比例快速上升；
同时，交流驱动系统由于其高效可靠，
低维护成本等优势逐渐取代直流电机成为工业车辆设备中被广泛使用的解决方案。本文通过简述交流驱动系统的历史发展和基本原理，并结合相关试验，对
比了交流感应电机与串励及他励直流电
机及驱动器在性能和结构上的优劣，总
结了交流驱动系统在工程机械中应用的
优势，为企业实际应用提供了参考。一、交流感应电机起源和和交流驱
动器发展
1887年，闻名世界的发明家和工程
师尼古拉·特斯拉发明了世界上第一台交
流感应电机，之后交流感应电机由于其
高达90%的电能到机械能的转换效率，
被广泛用于工业机械应用中。
由于交流感应电机的优势被不断
发掘，交流驱动技术应运而生。快速发
展的微电子技术和功率半导体技术使交
流驱动技术的发展成为可能。在20世纪
80年代前期，业界供应商开始提供交流
感应电机及驱动器的组合来与传统的直
流电机及控制器进行竞争，由于选择交流电机的方案可以提供更好的转矩转速
性能及发热性能、更高的可靠性以及可
以调节频率的驱动单元，只用了数年时
间，机床及工业机器人制造商已经开始
大量使用此方案。
近20年来，控制技术上的发展（如磁通矢量控制技术等）极大加强了交流
电机方案的转速转矩性能、效率及动态
方面的表现；而随着半导体技术的不断
发展，效率及可靠性更高的金氧半场效
晶体管（MOSFET）及绝缘栅双极型晶
体管（IGBT）被应用于交流驱动器的功率摘 要：本文概述了工业车辆用交流驱动技术的原理及发展历史，对比了交流感
应电机、串励和他励直流电机及驱动器在性能和结构上的优劣。通过分析，总结
了交流驱动系统在工程车辆中应用的优势，为企业实际应用提供了参考。
关键词：驱动器、交流感应电机、直流串励、他励电机、工业机械、转矩、转速工业车辆交流驱动技术概述
新能源汽车电机控制器IGBT模块的驱动技术
吴成加 赵圣宝
(安徽安凯汽车股份有限公司，安徽 合肥 230051)
摘 要：本文介绍了大型电动汽车中，电机控制器IGBT模块驱动电路的设计思路，阐述了IGBT模块的特性、栅极驱
动电路的设计与保护，以及IGBT模块在正常工作中的电流、电压、温度保护，并提供了相应的设计原理和验
证方案。
关键词：电动汽车；电机驱动器；IGBT； 保护电路；驱动技术；
Drive Technology for Electric Automobile Inverter IGBT Module
Wu Cheng-jia Zhao Sheng-bao
(Anhui Ankai Automobile Co.,Ltd,Hefei,230051 China)
Abstract：This article describes the large-scale electric vehicle, the motor controller drive circuit IGBT
module design ideas expounded characteristic IGBT module design and protective gate drive circuit and IGBT
module during normal operation of current, voltage, and temperature protection and provides the appropriate
design principles and verification program.
Key words：Electric vehicles; motor drive; IGBT; protection circuit; drive technology;
0 引 言
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，
IGBT模块驱动及保护技术 [转贴]
蒋怀刚，李乔，何志伟 (华南理工大学雅达电源实验室，广东 广州 510641）
摘要：对IGBT栅极驱动特性、栅极串联电阻及其驱动电路进行了探讨。提出了慢降栅压过流保护和过电压吸收的有效方法。
关键词：开关电源；绝缘栅双极晶体管；驱动保护
1 引言
IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
IGBT是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有μA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容（几千至上万pF），在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数A的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。
IGBT作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压，过高的电流变化率会引起过电压，为此需要采用软关断技术，因而掌握好IGBT的驱动和保护特性是十分必要的。
2 栅极特性
IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般只能达到20～30V，因此栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极－集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此。通常采用绞线来传送驱动信号，以减小寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。
由于IGBT的栅极－发射极和栅极－集电极间存在着分布电容Cge和Cgc，以及发射极驱动电路中存在有分布电感Le，这些分布参数的影响，使得IGBT的实际驱动波形与理想驱动波形不完全相同，并产生了不利于IGBT开通和关断的因素。这可以用带续流二极管的电感负载电路（见图1）得到验证。
