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IGBT的驱动特性及功率计算陈暹辉深圳裕能达电气有限公司摘要:根据目前市场的使用情况,介绍IGBT的驱动特性及不同功率计算。关键词:开通损耗 关断损耗 栅极电阻 导通压降 短路时间1  驱动特性的主要影响因素IGBT的驱动条件与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dv/dt引起的误触发等问题。栅极电压Uge增加(应注意Uge过高而损坏IGBT),则通态电压下降(Eon也下降),如图1所示(此处以200AIGBT为例)。由图1中可看出,若Uge固定不变时,导通电压将随集电极电流增大而增高,如图1 a,电流容量将随结温升高而减少(NPT工艺正温度特性的体现)如图1b所示。(a)Uge与Uce和Ic的关系 (b)Uge与Ic和Tvj的关系图1 栅极电压Uge与Uce和Tvj的关系栅极电压Uge直接影响IGBT的可靠运行,栅极电压增高时有利于减小IGBT的开通损耗和导通损耗,但同时将使IGBT能承受的短路时间变短(10μs以下),使续流二极管反向恢复过电压增大,所以务必控制好栅极电压的变化范围,一般Vge可选择在-10~+15V之间,关断电压-10V,开通电压+15V。开关时Uge与Ig的关系曲线见图2a和图2b所示。栅极电阻Rg 增加,将使IGBT的开通与关断时间增加,使开通与关断能耗均增加,但同时,可以使续流二极管的反恢复过电压减小,同时减少EMI的影响。而门极电阻减少,则又使di/dt增大,可能引发IGBT误导通,但是,当Rg减少时,可(a)开通时        (b)关断时图2 开关时Uge与Ig的关系曲线以使得IGBT关断时由du/dt所带来误触发的可能性减小,同时也可以提高IGBT承受短路能量的能力,所以Rg大小各有好坏,客户可根据自己设计特点选择。图3为Rg大小对开关特性的影响,损耗关系请参照图4所示。图3 Rg大小对开关特性的影响(di/dt大小不同)图4 门极电阻Rg与Eon/Eoff由上述可得:IGBT的特性随门极驱动条件的变化而变化,就象双极型晶体管的开关特性和安全工作区随基极驱动而变化一样。但是IGBT所有特性难以同时最佳化,根据不同应用,在参数设定时进行评估,找到最佳折冲点。双极型晶体管的开关特性随基极驱动条件而变化,然而,对于 IGBT来说,正如图1~图3所示,门极驱动条件仅对其开关特性有较大影响,因此,对于其导通特性来讲,我们应将更多的注意力放在IGBT的开通、短路负载容量上。 驱动电路设计与结构布局l)从结构原理上讲,IGBT的开通特性同MOSFET,而输出特性同BJT,等效于MOSFET+BJT,因此 IGBT与 MOSFET都是电压驱动,都具有一个阈值电压,有一个容性输入阻抗,因此IGBT对栅极电荷非常敏感故驱动电路必须很可靠,要保证有一条低阻抗值的放电回路,即驱动电路与IGBT的连线要尽量短。2)用内阻小的驱动源对栅极电容充放电,以保证栅极控制电压Uge,有足够陡的前后沿,使IGBT的开关损耗尽量小。另外,IGBT开通后,栅极驱动源应能提供足够的功率,使IGBT之双极晶体管BJT始终工作在饱和区。3)驱动电压Uge的选择可参考图1,注意其大小的影响,若Uge选大了,则 IGBT通态压降和开通损耗均下降,但负载短路时的Ic增大,IGBT能承受短路电流的