IGBT的基礎與運用

說(shuō)說(shuō)我個(gè)人的看法，對這個(gè)問(wèn)題，定量的去計算得到整個(gè)時(shí)間非常困難，其實(shí)就是仿真也是通過(guò)數字建模之后進(jìn)行實(shí)時(shí)計算的結果，這個(gè)模型與實(shí)際的條件進(jìn)行對比也可能有很大的差距。

因此如果有人要核算整個(gè)柵極控制時(shí)序和時(shí)間，利用電容充電的辦法大致給出一個(gè)很粗略的結果是可以的，如果要精確的，算不出來(lái)。

對于門(mén)級電阻來(lái)說(shuō)，每次開(kāi)關(guān)都屬于瞬態(tài)功耗，可以使用以前介紹過(guò)的電阻的瞬態(tài)功率進(jìn)行驗算吧。

電阻抗脈沖能力

我們選電阻的大小是為了提供足夠的電流，也是為了足夠自身散熱情況。

前級的三極管，這個(gè)三極管的速度要非?？?，否則如果進(jìn)入飽和的時(shí)間不夠短，在充電的時(shí)候將可能有鉗制作用，因此我對于這個(gè)電路的看法是一定要做測試?？蛰d的和帶負載的，可能情況有很大的差異。

柵極驅動(dòng)的改進(jìn)歷程和辦法(針對米勒平臺關(guān)斷特性)

柵極電阻：其目的是改善控制脈沖上升沿和下降沿的斜率，并且防止寄生電感與電容振蕩，限制IGBT集電極電壓的尖脈沖值。

柵極電阻值小——充放電較快，能減小開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗，增強工作的耐固性，避免帶來(lái)因dv/dt的誤導通。缺點(diǎn)是電路中存在雜散電感在IGBT上產(chǎn)生大的電壓尖峰，使得柵極承受噪聲能力小，易產(chǎn)生寄生振蕩。

柵極電阻值大——充放電較慢，開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗增大。

一般的：開(kāi)通電壓15V±10%的正柵極電壓，可產(chǎn)生完全飽和，而且開(kāi)關(guān)損耗最小，當《12V時(shí)通態(tài)損耗加大，》20V時(shí)難以實(shí)現過(guò)流及短路保護。關(guān)斷偏壓-5到-15V目的是出現噪聲仍可有效關(guān)斷，并可減小關(guān)斷損耗最佳值約為-8～10V。

柵極參數對電路的影響

IGBT內部的續流二極管的開(kāi)關(guān)特性也受柵極電阻的影響，并也會(huì )限制我們選取柵極阻抗的最小值。IGBT的導通開(kāi)關(guān)速度實(shí)質(zhì)上只能與所用續流二極管反向恢復特性相兼容的水平。柵極電阻的減小不僅增大了IGBT的過(guò)電壓應力，而且由于IGBT模塊中di/dt的增大，也增大了續流二極管的過(guò)壓極限。

柵極電阻與關(guān)斷變化圖

柵極驅動(dòng)的印刷電路板布線(xiàn)需要非常注意，核心問(wèn)題是降低寄生電感，對防止潛在的振蕩，柵極電壓上升速率，噪音損耗的降低，降低柵極電壓的需求或減小柵極保護電路的效率有較大的影響。

措施

因此將驅動(dòng)至柵極的引線(xiàn)加粗，將之間的寄生電感減至最低?？刂瓢迮c柵極驅動(dòng)電路需要防止功率電路和控制電路之間的電感耦合。

當控制板和IGBT控制端子不能直接連接時(shí)，考慮用雙股絞線(xiàn)(2轉/CM小于3CM長(cháng))或帶狀線(xiàn)，同軸線(xiàn)進(jìn)行連接。

柵極保護

為了保險起見(jiàn)，可采用TVS等柵極箝位保護電路，考慮放置于靠近IGBT模塊的柵極和發(fā)射極控制端子附近。IGBT基礎與運用-2 中英飛凌的電路比較典型。

耦合干擾與噪聲

IGBT的開(kāi)關(guān)會(huì )使用相互電位改變，PCB板的連線(xiàn)之間彼此不宜太近，過(guò)高的dv/dt會(huì )由寄生電容產(chǎn)生耦合噪聲。要減少器件之間的寄生電容，避免產(chǎn)生耦合噪聲。

由于IGBT等功率器件都存在一定的結電容，所以會(huì )造成器件導通關(guān)斷的延遲現象。雖然我們盡量考慮去降低該影響(提高控制極驅動(dòng)電壓電流，設置結電容釋放回路等)。但是為了防止關(guān)斷延遲效應造成上下橋臂直通，因為一個(gè)橋臂未完全關(guān)斷，而另一橋臂又處于導通狀態(tài)，直通炸模塊后后果非常嚴重(最好的結果是過(guò)熱)。

死區時(shí)間(空載時(shí)間)設置

在控制中，人為加入上下橋臂同時(shí)關(guān)斷時(shí)間，以保證驅動(dòng)的安全性。死區時(shí)間大，模塊工作更加可靠，但會(huì )帶來(lái)輸出波形的失真及降低輸出效率。死區時(shí)間小，輸出波形要好一些，只是會(huì )降低可靠性，一般為us級，典型數值在3us以上。

在汽車(chē)電子應用中，特別要注意環(huán)境溫度對toff的影響很大，使得toff延長(cháng)，并且柵極電阻的加入也是的關(guān)斷時(shí)間受一定的影響，因此需要進(jìn)行調整。

IGBT柵極引起的問(wèn)題列表(紅色部分圈注的)：