igbt功耗计算.doc

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
1。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２０0 A ＩGBT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(１０ μs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～+1５　V之间，关断电压—10　Ｖ，开通电压+15 Ｖ。开关时
Uge与Iｇ的关系曲线见图２　a和图2　ｂ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.
1。2　 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