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1 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 IGBT 的驱动特性 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U ge 增加(应注意 U ge 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 200 A IGBT 为例)。由图 1 中可看出,若U ge 固定不变时,导通电压将随集电极电流增大而增高, 如图 1a, 电流容量将随结温升高而减少( NP T 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 U ge与U ce和T vj的关系栅极电压 U ge 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 V ge 可选择在-10 ~ +15 V 之间, 关断电压-10 V, 开通电压+15 V。开关时 U ge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 U ge与Ig 的关系曲线以使得 IGB T 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3Rg 大小对开关特性的影响( di /dt 大小不同) 2 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 MOSFE T+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