基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路研究

王翠云 司向飞

摘要：文章先分析了基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路组成结构，随后介绍了基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路具体操作运行原理，包括脉冲形成和脉冲展宽电路运行原理，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：窄脉冲传输;脉冲展宽;IGBT驱动电路

引言：驱动电路作为高电压隔离隔离系统中的重要影响元素，其普遍选择光耦隔离以及光纤隔离等方法，而上述方法可以有效传送电压信号，结束隔离环节后应该借助高压隔离辅助直流电源方法进一步放大信号功率，适用于单独IGBT驱动电压隔离。

一、基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路组成结构

下图是IGBT驱动电路整体结构组成，其中的功率扩大电路主要分布于高压隔离电路前方位置，以辅助直流电源作为主要驱动装置，不需要其他高压隔离装置，高压隔离电路可以顺利把各种能量信号传递到脉冲展宽线路当中，经过高压隔离后，电路内部无需设置其他高压隔离直流辅助电源驱动IGBT。

下图是IGBT驱动电路不同板块传输脉冲波示意图，内部PON以及POFF属于信号电路内所形成的两个基准脉冲信号，分成关断窄脉冲POFF以及开通窄脉冲PON，脉冲频率能够和控制信号维持相同频率，同时还可以借助信号电路实施控制，而两种脉冲宽度能够进行单独调整，两者升高顺着时间间隔t1能够实现连续调节。信号PT属于高压隔离电路中的传输电压信号，涵盖两个脉冲，分别是turn-off窄脉冲以及turn-on窄脉冲，两个对应相位和POFF以及PON维持一致。PG信号属于脉冲展宽电路到IGBT栅极之间的驱动信息，相位处于POFF以及PON升高顺着时间变化呈现为正向电压，处于POFF、脉冲中是负向电压，结束后重新转化成零电压状态。IGBT导通时间主要是由时间所影响，在向上脉冲上升开通，于向下脉冲升高沿处断开，同时断开时刻对应栅极即可呈现出反压偏置模式，确保IGBT断开可靠性和迅速性[1]。

二、基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路运行原理

（一）脉冲形成

下图是形成开启和关断窄脉冲电路图，正常运行中，信号形成电路内CD4089-1对应Q管脚输出和控制信号频率一致开通脉冲PON，CD4089-1对应Q管脚传输频率相同关断脉冲POFF，CD4089-1对应Q管脚的脉冲传输宽度会影响时间变化。脉冲宽度会受到和管脚衔接电阻以及定容RC数值影响，对应R选择可调节电位器。功率扩大电路属于一种代表性桥式扩大电路，主要选择两对PNP型以及NPN型三极管，输入开启和关断脉冲信号，输出和高压隔离电路对应两个输入进行连接。高压隔离电路中设置高压隔离脉冲变压器，开启和关断信号通过功率放大电路传送到变压器原边，并在变压器原边形成涵盖开启、关断在内的窄脉冲信号。

（二）脉冲展宽电路运行原理

脉冲展宽电路，具体功能是把开启脉冲以及关断脉冲进行解调，转化成IGBT驱动信号，并在开启脉冲中合理存储各种能量，在关断脉冲过程中为IGBT栅极设置反压偏置。电路内单纯涵盖三极管、二极管、稳压管、电容以及电阻等部件，不需要额外设置高压隔离直流辅助电源进行供电。脉冲展宽电路于关断脉冲中，脉冲展宽间、关断脉冲间、关断脉冲后四种工作状态。在IGBT导通中，如果出现过流现象，驱动电路传输附加脉冲，将IGBT快速关断，该种条件下脉冲展宽电路对应电流方向和关断脉冲操作过程相同[2]。

结语：综上所述，本文提出一种以窄脉冲传输为基础的无源驱动电路，并选择脉冲展宽电路实施宽脉冲IGBT驱动信号，该种无源驱动电路能够帮助有效缩减高压隔离脉冲变压器所占空间，不需要高压隔离辅助直流电源，同时IGBT在关闭状态下，栅极反压偏置，能够促进IGBT实现快速关断。

参考文献：

[1]蘇宁.百瓦级超短脉冲掺镱光纤放大器及超连续谱产生的研究[D].北京工业大学，2020.

[2]杨建芳.基于高群速度色散光纤实现脉冲压缩和展宽的数值研究[D].北京交通大学，2020.

作者简介：

王翠云（1981年4月——）;女，汉族，籍贯：山东平度，硕士研究生，高级工程师;研究方向：中高压IGBT功率模块的应用及驱动技术研究。