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IGBT通电原理阐述及使用注意
1）IGBT对栅极驱动电路的特殊要求IGBT的驱动电路在它的应用中有着特别重要的作用，IGBT应用的关键问题之一是驱动电路的合理设计。由于IGBT的开关特性何**工作区随栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能不好，常常造成IGBT的损坏。IGBT通常采用栅极电压驱动，与其他全控型器件一样，IGBT对驱动电路有许多特殊的要求。概括起来有：
1）栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要充分大。在IGBT开通时，前沿很陡的栅极电压加到其栅极G与发射极E之间，使IGBT快速开通，达到开通时间*短，以减小开通损耗的效果。在IGBT关断时，其栅极驱动电路要提供IGBT一下降沿很陡的关断电压，并给IGBT的栅极G与发射极E之间施加一适当的反向负偏电压，以使IGBT快速关断，缩短关断时间，减小关断损耗。
2）在IGBT导通后，栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要具有足够的幅度。该幅度应能维持IGBT的功率输出级总是处于饱和状态，当IGBT瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区而损坏。
3）栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压+VGE值越高越好。其原因在于，在负载短路过程中，IGBT的集电极电流也随着+VGE的增加而增加，并使IGBT承受短路损坏的脉宽变窄，如|+VGE|>20V（即使是浪涌电压），也会引起IGBT的损坏。因此在实际应用中，IGBT的栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压+VGE要取合适的值，特别是在具有短路工作过程的设备中使用IGBT时，其正向驱动电压+VGE更应选择其所需要的*小值。现已证明，开关应用的IGBT的栅极电压以+15～10V为*佳。
4）IGBT在关断过程中，栅-射极施加的反偏压有利于IGBT的快速关断，但反向负偏压-VGE受IGBT栅-射极之间反向*大耐压的限制，过大的反向电压亦会造成IGBT栅-射极的反向击穿，所以-VGE也应取合适的值（此值一般为-2～-10V）
5）虽说IGBT的快速开通和关断有利于缩短开关时间和减小开关损耗，但过快的开通和关断，在大电感负载情况下，反而是有害的。其原因在于大电感负载随着IGBT的超速开通和关断，将在电路中产生高频幅值很高而宽度很窄的尖峰电压Ldi/dt，该尖峰电压应用常规的过电压吸收电路是吸收不掉的，因而有可能造成IGBT自身或电路中其他元器件因过电压击穿而损坏，所以在大电感负载条件下，IGBT的开关时间也不能过分短，其值应根据电路中所有元器件耐受dv/dt的能力及IGBT自身的dv/dt吸收电路性能综合考虑。
6）由于IGBT内寄生晶体管、寄生电容的存在，使栅极驱动与IGBT损坏时的脉宽有密切的关系。同时栅极信号受流过IGBT输出级晶体管集电极电流的影响，这就要求在设计驱动电路时合理地处理这些关系。
7）由于IGBT在电力电子设备中多用于高压场合，所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离。
8）IGBT的栅极驱动电路应尽可能地简单、实用，*好自身带有对被驱动IGBT的完整保护能力，并且有很强的抗干扰性能，且输出阻抗应尽可能地低。
9）栅极驱动电路与IGBT之间的配线，由于栅极信号的高频变化很容易互相干扰，为防止造成同一个系统多个IGBT中某个的误导通，因此要求栅极配线走向应与主电流线尽可能远，且不要将多个IGBT的栅极驱动线捆扎在一起，同时栅极驱动电路到IGBT模块栅-射极的引线尽可能地短，引线应采用绞线或同轴电缆屏蔽线，并从栅极直接接到被驱动IGBT栅-射极，*好采取焊接的方法。
10）在IGBT通断时，其输入电容要放电与充电，因而当使用IGBT作为高速开关时，应特别注意这些问题。
11)在同一电力电子设备中，使用多个不等电位的IGBT时，为了解决电位隔离的问题，应使用光隔离器。光隔离器一定要使用高速且抗噪声性能强的产品。
（2）IGBT栅极驱动电路应满足的条件  栅极驱动条件与IGBT的特性密切相关。设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和dVce/dt引起的误触发问题。
正偏置电压+VGE增加，通态电压下降，开通损耗Eon也下降。由此看出，如+VGE固定不变时，导通电压将随集电极增大而增高，开通损耗将随结温升高而升高。
负偏置电压-VGE直接影响IGBT的可靠运行。负偏置电压增高时，集电极浪涌电流明显下降，对关断能耗无显著影响。
栅极电阻RG增加，将使IGBT的开通和关断时间增加，因而使开通和关断能耗均增加。而栅极电阻减小，则又使dic/dt增高，可能引发IGBT误导通，同时RG上的损耗也有所增加。
但RG增大会使IGBT的开关时间增加，进而使开关损耗增加。因此，应根据IGBT的电流容量和电压额定值及开关频率的不同，选择合适的RG阻值，一般应选RG在十几欧几百欧之间。
（3）栅极串联电阻及栅极驱动电压的上升、下降速率  栅极驱动电压的上升、下降速率对IGBT的开通和关断过程有较大的影响。
IGBT的MOS沟道受栅极驱动电压直接控制，而MOSFET部分的漏极电流又控制着双极部分的基极电流，使得IGBT的开通特性主要决定于它的MOSFET部分，所以IGBT的开通受栅极驱动电压波形的影响较大。
IGBT的关断特性主要取决于内部少数载流子的复合速率。少数载流子的复合受MOSFET部分的关断影响，使得栅极驱动对IGBT的关断也有一定的影响。栅极驱动回路的阻抗会延长密勒效应时间，使集电极电流的下降延迟。
栅极驱动电路的阻抗，包括栅极驱动电路的内阻抗和栅极串联电阻两个部分。它们影响着驱动波形的上升、下降速率。载高频应用时，驱动电压的上升、下降速率应快一些，以提高IGBT的开关速度，并降低开关损耗。在运行频率较低时，开关损耗占比例较小，驱动电压的上升、下降速率可减慢些。
在正常状态下，IGBT开通越快，开通损耗也越小。但在开通过程中，如存在续流二极管的反向恢复电流和吸收电容器的放电电流，则开通越快，IGBT承受的峰值电流也就越大，甚至急剧地上升，导致IGBT或续流二极管损坏。此时应有目的地降低栅极驱动脉冲的峰值。其代价是要付出较大的开通损耗。利用此技术，开通过程中的峰值电流可以通过改变栅极串联电阻控制在任意要求的值。
由以上分析可见，栅极串联电阻IGBT的开通过程的影响相当于开通来说要小一些。栅极串联电阻小，有利于加快关断速度和减小关断损耗，也有利于避免关断时集电极电压的dv/dt造成IGBT误开通。但栅极串联电阻过小，会由于集电极电流下降的di/dt过大，产生较大的集电极电压尖峰，因此对于IGBT关断过程中的栅极串联电阻的阻值也需折衷考虑。
栅极串联电阻阻值对于驱动脉冲的波形也有较大的影响，电阻值过小时会造成驱动脉冲振荡，过大时，驱动波形的前、后沿会发生延迟和变缓。IGBT的输入电容CGE随着其额定电流容量的增大而增大。为了保持相同的驱动脉冲前、后沿速率，对于电流容量的增加而减小。IGBT的栅极串联电阻通常采用推荐的值，如工作频率较低，也可采用前一档电阻值较大的值。
（4）驱动电路举例
1）应用脉冲变压器直接驱动功率IGBT：这种驱动电路的工作原理是：来自控制脉冲形成单元的脉冲信号经高频晶体管V进行功率放大后加到脉冲变压器上，由脉冲变压器隔离耦合、稳压管VS1和VS2限幅后来驱动IGBT。它的优点表现在：电路简单，应用廉价的脉冲变压器实现了被驱动IGBT与控制脉冲形成部分的隔离。驱动级不需要专门的直流电源，简化了电源结构，同时脉冲变压器传输脉冲的频率可以较高（一般高达100kHz左右）。加之整个电路工作频率较高，IGBT自身所需驱动电流又很小，所以脉冲变压器的体积可以做得很小，稳压管VS1、VS2的引入限制了加到被驱动功率IGBT栅极G与发射极E之间的正、反向电压，防止了过高的VGE电压损坏被驱动功率IGBT的控制绝缘栅。其不足表现在：高频脉冲变压器因漏感及基肤效应的存在较难绕制，且因漏感的存在容易出现VGE振荡。为了限制振荡，常常需增加栅极电阻RG，这就影响了栅极驱动脉冲前、后沿的陡度，降低了可应用的*高频率，同时驱动电路自身不能对驱动IGBT进行欠饱和、过饱和及电流等保护。
2）采用分立式驱动电路来驱动IGBT：它的工作原理是：正常情况下，由于来自电流取样环节BHL元件输出的信号小于比较器A反相端整定的门槛值，比较器A输出低电平，光耦合器VLC2不导通，反相器D输出高电平，封锁脉冲功能不起作用。当控制脉冲由低电平变为高电平时，光耦合器VLC1输出低电平，由4011型CMOS集成四与非门电路组成的整形电路输出高电平，V1截至、V2导通，电容C2给IGBT的GE结施以方向电压，使其快速关断；反之，当控制脉冲由高电平变为低电平时，VLC1输出高电平，4011输出低电平，V1导通、V2截至，提供IGBT导通时GE结所需的正向电压，使IGBT快速导通。一旦发生过电流，则A输出高电平，并经二极管VD自保，光耦合器VL2导通，并输出低电平，直接从末级驱动电路和脉冲形成部分封锁掉控制脉冲。该驱动电路的优点表现在：自身带有过电流保护功能，光耦合器VLC1的引入，提高了栅极驱动电路的抗干扰能力，同时实现了驱动电路与脉冲形成部分的隔离；互补晶体管V1、V2的引入，降低了驱动电路的输出阻抗；电阻R1、R2及电容C1、C2的引入，使用户可方便地对被驱动IGBT的正、反向驱动点头进行调节，满足了不同IGBT对栅极驱动电路输出的+VGE和-VGE的要求。其缺点是：受光耦合器VLC1传输速度的影响，其工作频率不能很高，一般用高速光耦合器也仅能达到10～20kHz，且应用分立元器件较多，抗干扰能力较差。同时受4011*高工作电源电源的限制，使提供给IGBT栅极与发射极间正。反向电压幅度相互牵制，并受到了限制，何况栅极驱动电路又不能对被驱动IGBT进行欠饱和、过饱和及驱动级电源电压监控等保护。
3）由于IGBT以MOSEFT为输入级，所以MOSFET的驱动电路同样适用于IGBT：为了使IGBT稳定工作，一般要求双电源供电方式。为了消除可能出现的振荡.现象，IGBT的栅-射极间接由RC网络组成的阻尼滤波器，并且连接线采用双绞线方式。
4）由分立元器件构成的具有VGS保护的驱动电路：IGBT的驱动电路必须具备两个功能：一是实现控制电路与被驱动IGBT栅极的电隔离；二是提供合适的栅极驱动脉冲。实现电隔离可采用脉冲变压器、微分变压器及光耦合器。脉冲变压器由于体积较大、输出脉冲波形不够理想，较少采用。采用光耦合器构成的分立元器件IGBT驱动电路时。当输入控制信号时，光耦合器VLC导通，晶体管V1截至，V2导通，输入+15V驱动电压。输入信号为零时，VLC截至，V1、V3导通，输出-10V电压。+15V和-10V电源需靠近驱动电路。驱动电路输出端及电源地端至IGBT栅极和射极的引线应采用双绞线，长度*好不超过0.5m.对于75A、1200V以内的IGBT，驱动器应能提供峰值电流为1A的充放电电流，对150A、1200V及300A、1200V的IGBT，则需分别提供2A及4A的峰值电流。驱动电路中VLC、V1、V2及V3均需采用快速开关管，使输出脉冲的延迟加上升时间及延迟加下降时间均小于1.5μs。
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