igbt模块驱动波形（国内外伺服驱动器电源板的设计初探）

3） 逆变电路（核心），IGBT模块，IPM模块

研究国外的变频器和伺服驱动器装置，日系驱动器由于在智能功率模块IPM方面有非常明显的技术工艺优势，其采用的IPM模块都是量身定制的，无论采用IGBT模块的架构或者IPM模块的架构都能取得很好的性能， 欧美的驱动器很少使用IPM，几乎都采用IGBT模块的架构，比如伦茨，艾默生，KMG，西门子等。

IPM的优点：小体积，小型化 ；缩短研发周期；驱动电路和IGBT之间连线短，驱动电路的阻抗低，不需要负电源；集成了IGBT的驱动，欠压保护，过热保护，过流短路保护，可靠性高。

IPM的缺点：过流或者过温保护点已经固定，如果因为某些特殊的需求就无法作更改，灵活性不够；IPM只有一个报警信号输出，不能分辨究竟是过热还是过流还是欠压等。还有如果就只有驱动或者保护部分电路损坏,但是我们只能无奈的换掉整个模块，而大功率IPM的采购成本非常高。

IGBT的优点：采用IGBT架构电路结构灵活 ，过载能力强（其额定电流是在80℃定义，而IPM是在25℃定义的），采购成本低，可以灵活的设计IGBT的驱动电路有效的控制其开启和关断时间，实现良好的EMI和IGBT的热功耗。

IGBT的缺点：体积大，还需要设计如驱动电路、外围的报警保护电路等保证IGBT的可靠运行。因此设计难度大，稳定性和可靠性很难把握，并且驱动电路除了需要正电源往往还需要负电源，需要提供的电源相对多，布局布线存在困难。

在高档的伺服驱动装置的研发中，我们恰恰需要它的灵活性。只有从工艺、电路、布局布线以及软件上进行优化，才能打造出可靠稳定的硬件平台。因此一般采用IGBT架构。也有一些高档的伺服如法拉克的6驱一体用于机器人的伺服是采用了IPM的方案，主要原因是为了实现小型化，将6个驱动器集成一体，采用IPM可以提高可靠性，再者法拉克所用的IPM是其本国设计生产的完全可以实现定制，以达到最好的驱动特性。如果我公司要设计高档的伺服，如机器人专用的最好不要采用日本的IPM, 因为我们曾经花了两周时间调试完毕基于三菱的IPM模块PS21255(20A)的电源板，并且发现了三菱模块不论是PS21255(第二代)还是PS21875(第三代)配传感器ACS712（单端输出）性能都很差，连6米的快速移动都会造成步进电机电机闷车，但是英飞凌和IR的智能模块都运行很正常，这也真正的应证了日本确实是将品质一般的产品卖给中国，所以我建议公司应该加大IGBT的应用，多沉淀和积累关于IGBT的驱动保护等相关经验，逐步减少对日本IPM模块的依赖。

IGBT的驱动电路结构形式：分离元件;专用集成驱动电路;光耦驱动;变压器驱动。随着大规模集成电路的发展及贴片工艺的出现，这类分离元件式的驱动电路，因结构复杂、集成化低、故障率高已逐渐被淘汰。光耦器件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，在IGBT驱动电路设计中被广泛采用。如东芝公司的TLP系列、夏普公司的PC系列，安华高的HCPL系列等。目前已开发的专用集成驱动电路，主要有IR公司的IR2136，三菱公司的EXB系列厚膜驱动。此外，现在的一些欧美厂商在IGBT驱动电路设计上采用高频隔离变压器，如 CONCEPT公司，丹佛斯VLT系列变频电源。通过高频变压器对驱动电路电源及信号的隔离，增强驱动电路的可靠性，同时也有效地防止主电路出现故障时对控制电路的损坏，故障率低，寿命长，响应快。但缺点是工艺复杂。

目前国外的高档IGBT驱动方案伺服驱动器主流是驱动光耦，该方案最成熟，因此公司设计高档伺服适宜选择光耦来进行驱动IGBT。

外围保护电路，IGBT 模块可能由于过电流、过电压这类异常情况而受损，因此，在IGBT 模块的运用中,设计能够避免这种异常情况从而保护元件的保护电路显得尤为重要。短路保护通常有两种方案，一种是通过电流检测器，如电流传感器、互感器和采样电阻直接检测IGBT的集电极电流。另外一种通过检测IGBT的饱和压降。当IGBT发生短路时，为了避免关断电流的di/dt过大形成的过电压，导致IGBT锁定无效和损坏，以及降低电磁干扰，通常采用软关断技术。一些驱动光耦同时具备这两种功能，如ACPL-332,因此采用带检测IGBT的饱和压降功能驱动光耦来实现短路保护。

因为IGBT 的开关速度很快，IGBT 关断时，或FWD 反向恢复时会产生很高的di/dt，由杂散电感引发很高的关断浪涌电压，要抑制发生过电压的方法有：尽量将电解电容器配置在IGBT 的附近，减小杂散电感; 调整IGBT 的驱动电路的驱动电阻，减小di/dt; 在IGBT 中加上缓冲电路，吸收浪涌电压。在缓冲电路的电容器中使用薄膜电容，并配置在IGBT 附近，使其吸收高频浪涌电压。

用于过流保护的采用电阻的两种位置接法

电流检查的采用电阻可已放在R1位置，也可以放在R2位置，R2位置简单方便但是设计难度很大一些，R1位置还有配合其他电路但是可靠性很高。