什么是IGBT驅(qū)動？

要了解什么是IGBT驅(qū)動，首先你需要了解什么是IGBT。請戳前情提要：《極簡電力電子學(xué)》。

我們都知道，電機驅(qū)動是IGBT的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。有的同學(xué)可能會有這樣的困惑：

“IGBT本來就是驅(qū)動電機的，為什么它自己還需要一個驅(qū)動？IGBT驅(qū)動到底是做什么的？”

這個問題說來簡單，就像《極簡電力電子學(xué)》中所說：“IGBT本質(zhì)上就是一個電子開關(guān)，就好比你家里墻上的開關(guān)，按一下，開關(guān)閉合，電燈亮起；再按一下，電燈熄滅。

當(dāng)然，操作IGBT，不再是手，而是電子脈沖。高電平來臨時，器件開通；低電平來臨時，器件就關(guān)斷。手動操作開關(guān)，可能一秒鐘一兩次，而我們的電子開關(guān)，一秒鐘可以開關(guān)上萬次，幾十萬次。

那么這時候問題來了：控制IGBT電子脈沖從哪兒來？

有的同學(xué)要舉手了：我知道我知道！控制脈沖可以從MCU來！

非常棒！你都會搶答了！

MCU就像我們的大腦，它控制我們身體的一舉一動。但它發(fā)出的神經(jīng)元信號非常微弱，根本無法按動開關(guān)。所以大腦需要把這個信號傳送給手，由手部肌肉運動來產(chǎn)生一定的力量，摁下開關(guān)。IGBT的驅(qū)動就是控制IGBT的、靈巧又有力量的“手”。

那么，信號從MCU到IGBT驅(qū)動芯片，中間都經(jīng)歷了什么？

首先

MCU的輸出電流是mA級別，而IGBT需要的驅(qū)動電流可能達到幾安培。IGBT驅(qū)動要完成的首要任務(wù)，就是作為一個放大器，放大電流。

其次

MCU輸出電平一般是3.3V，而IGBT一般的驅(qū)動電壓要達到15V。IGBT驅(qū)動需要把3.3V信號轉(zhuǎn)成15V信號。而且這個15V，不是一般的15V。IGBT一般工作在橋式電路中。橋式電路會承受母線電壓。當(dāng)電路不開關(guān)時，橋式電路的中點會承受一半的母線電壓；在上管開通時，中點電位與母線電壓相同。

這時上管IGBT驅(qū)動的工作，就是要在幾百伏或上千伏的母線電壓基礎(chǔ)之上，再生成一個15V的電壓信號來。好比說MCU提供了一顆長在地上的小樹苗，IGBT驅(qū)動的工作不光是要把小樹苗變成大樹，還要把它移植到高山上去。聽起來是不是很厲害！

最后

MCU 在低壓側(cè)，其供電電壓一般為5V。IGBT在高壓側(cè)，母線電壓可達幾千伏。因為低壓側(cè)會有人機接口，所以絕對不能讓高壓側(cè)高電壓流竄到低壓側(cè)，給人體造成傷害！有的時候，IGBT驅(qū)動需要有一定的電氣隔離能力，做為低壓側(cè)和高壓側(cè)之間的屏障，防止副邊高壓對原邊操作的人體造成傷害。如果IGBT驅(qū)動不具有絕緣能力的話，絕緣屏障就要加在MCU與人機接口之間。

能完成以上功能的驅(qū)動，我們稱之為緊湊型驅(qū)動。比如英飛凌1ED X3 compact系列：

在有些應(yīng)用場景下，驅(qū)動要提供豐富的保護功能。首先，驅(qū)動器要長出一雙“眼睛”（故障檢測），觀察“電燈”（負(fù)載）或者“開關(guān)”（IGBT）運行是否正常。如果負(fù)載有異常，故障檢測立刻發(fā)送信號給“大腦”MCU，MCU發(fā)指令給IGBT驅(qū)動，IGBT驅(qū)動關(guān)閉功率器件，避免炸機。我們把具有保護功能的IGBT驅(qū)動IC稱為增強型驅(qū)動。IGBT驅(qū)動的保護功能包括欠壓關(guān)斷、短路保護、過壓保護、過溫保護、米勒鉗位、軟關(guān)斷等。

這一類驅(qū)動，我們稱之為增強型驅(qū)動芯片，代表產(chǎn)品有英飛凌1ED34x1MC12M：

英飛凌提供完整的功率器件+驅(qū)動芯片解決方案。

英飛凌驅(qū)動芯片技術(shù)有兩類：非隔離型和隔離型。非隔離型的驅(qū)動，使用的是level-shift電平轉(zhuǎn)移技術(shù)，顧名思義，它能把平地上的“小樹苗”移植到高山上去，但不具有絕緣能力。其中，SOI是一種特別的level-shift技術(shù)，它在絕緣的二氧化硅層上制作晶體管，杜絕了漏電流的產(chǎn)生，從而使驅(qū)動芯片具有很強的抗負(fù)壓能力。

隔離型的驅(qū)動，既能完成電平轉(zhuǎn)換，也具有原副邊電氣隔離的能力。市面上常見的隔離技術(shù)有光隔離，磁隔離，容性隔離。英飛凌隔離型驅(qū)動采用的是磁隔離技術(shù)，它使用兩個線圈分別作為原邊和副邊的信號接收器，二氧化硅作為中間的絕緣層，又叫做無磁芯變壓器技術(shù)。

我們將在接下來的系列文章中，詳細(xì)介紹驅(qū)動芯片不同的技術(shù)特點，以及相應(yīng)的產(chǎn)品分類。

說到這里，不知道大家有沒有發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，整個電力系統(tǒng)就像是一個層層放大的套娃： MCU發(fā)出的mA級微弱信號，經(jīng)IGBT驅(qū)動芯片放大到幾安培，驅(qū)動芯片后面可能還有一個booster電路將驅(qū)動電流放大到十幾安培，這個電流再經(jīng)過IGBT，可以放大到幾百安甚至幾千安的，從而舉起礦石，升起電梯，驅(qū)動高鐵。 IGBT驅(qū)動是整個系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)。

剛剛接觸IGBT驅(qū)動芯片的小伙伴，面對琳瑯滿目的IC型號難免眼花繚亂。其實選擇合適的IGBT驅(qū)動芯片非常簡單，英飛凌有在線的驅(qū)動IC選擇工具，只需要輸入系統(tǒng)的電壓、電流、絕緣等級等簡單信息，工具就會推送合適的產(chǎn)品了。