分析影響IGBT驅(qū)動(dòng)電路性能參數(shù)的因素(精)

1、分析影響IGBT驅(qū)動(dòng)電路性能參數(shù)的因素摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大 器-電容（OTAC）連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程 電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用 ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn) 證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于0. 5 dB，采用1. 8 V電源，TSMC 0 18卩m CMOS：藝 庫(kù)仿真，功耗小于21 mVy頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte0引言， 這是MOSFE和IGBT 即絕緣門極雙極型晶體管（IsolatedGate Bi polar T

2、ran sistor） 八十年代末九十年代初迅速發(fā)展起來的一種新型復(fù)合器件。由于它將 GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓驅(qū)動(dòng)（MOSFET勺優(yōu)點(diǎn)），同時(shí)通態(tài)壓降較低，可以向高電壓、大電流方向發(fā)展（GTR的優(yōu)點(diǎn)）。因此，IGBT發(fā)展很快， 特別是在開關(guān)頻率大于1kHz,功率大于 5kW的應(yīng)用場(chǎng)合具有很大優(yōu)勢(shì)。在全橋逆變電路中，IGBT是核心器件， 它可在高壓下導(dǎo)通，并在大電流下關(guān)斷，故在硬開關(guān)橋式電路中，功率器件IGBT能否正確可靠地使用起著至關(guān)重要的作用。驅(qū)動(dòng)電路就是將控制電路輸出 的PWMI號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足驅(qū)動(dòng)IGBT的要求，所以，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的是否合理直接

3、關(guān)系到IGBT的安全、可靠使用。為了確保驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的合理 性，使用時(shí)必須分析驅(qū)動(dòng)電路中的參數(shù)。1柵極電阻和分布參數(shù)分析IGBT在全橋電路工作時(shí)的模型如圖1所示。RG+R是IGBT的柵極電阻，L01、L02、L03是雜散電感（分布電感），Cgc、Cge Cce是IGBT的極間電容，U1是驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，U2為母線電壓。圖1 IGBT的全橋模型 1.1 IGBT的導(dǎo)通初態(tài) 二極管D1導(dǎo)通時(shí)， 若Uge為所加的反向電壓值（可記為-Ug2,正向電壓記為+Ug1）,集電極電流iC=O，Uce=U2。開通后，U1向Cgc、Cge充電， 此時(shí) Uge可寫成：0其中時(shí)間常數(shù)T i= (Rg+RG) (Cge+

4、Cgc)，只有Uge上升至門檻電壓Uge (th) 后，IGBT才會(huì)導(dǎo)通。從上述公式可以看出， Uge的上升速度是和時(shí)間常數(shù)成 反比的，即柵極電阻和輸入電容越大， 上升速度越慢，IGBT開通的時(shí)間就 越長(zhǎng)。1.2 IGBT的關(guān)斷初態(tài)若Q1處于全導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D1處于截止?fàn)顟B(tài)，二極管中的電流為0，Uce為IGBT管壓降，Uge=Ug1 輸入電壓由Ug1變?yōu)?Ug2, Cge和Cgc被反向 充電，uge下降，此時(shí)uge可表示為：其中 T i = (Rg+RG) (Cge+Cgc) 上式表明，T i越大，關(guān)斷延遲時(shí)間越長(zhǎng)。1.3導(dǎo)通至關(guān)斷的過程IGBT在開關(guān)過程中， 可能會(huì)有電壓或電流的突變，這將

5、引起器件上電壓或電流尖峰的產(chǎn)生以及高頻諧波振鈴。這一現(xiàn)象有兩個(gè)不利點(diǎn)：一是會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，二是會(huì)增加器件的應(yīng)力。通常采取的應(yīng)對(duì)措施是用緩沖吸收回路來抑制開 關(guān)過程的突變。下面會(huì)分析一下電路中產(chǎn)生電壓或電流尖峰的原因。首先是導(dǎo)通至關(guān)斷過程中的雜散電感極性會(huì)發(fā)生變化，IGBT極間電容在IGBT也會(huì)反向放電。關(guān)斷時(shí)，二極管D1導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的D1中的電流iD1會(huì)上升。為了維持原先的 儲(chǔ)存在L02中的磁能將釋放出來，L02的端電壓反向，該電壓將使即在CE兩端產(chǎn)生電壓尖峰。如果雜散電感 L02足夠其次，電流，IGBT產(chǎn)生關(guān)斷過電壓，故使集電極電流iC有了一個(gè)負(fù)向的尖峰。小，CE端電壓的尖峰只等于IGBT的

6、管壓降(2V左右)。但由于CE端產(chǎn)生了電 壓尖峰，另外，iC 上,在回路中的電阻上的電壓波形觀察。開通過程中，由于二極管D1的反向恢復(fù)電流IRM將疊加在集電極電流 這也會(huì)使IGBT實(shí)際流過的電流存在一個(gè)尖峰，這一尖峰可通過串聯(lián)2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析其中R1取5Q20Q ; C1取10000pF 取值為1000卩F3000卩F;電壓為10V100乂實(shí)驗(yàn)以分圖2所示為本實(shí)驗(yàn)的電路連接圖，40000pF; R2取20Q50Q ; C2是電解電容，C3是薄膜電容， 取值1.5卩F; U是直流電壓源，時(shí)，可通過改變R1、R2 C1 C2和U的大小來觀察各部分波形的變化，析各個(gè)參數(shù)對(duì)整個(gè)電路的影響。其實(shí)驗(yàn)時(shí)

7、測(cè)試的波形如圖3所示。通過觀察和分析實(shí)驗(yàn)波形的變化，可以得出以下結(jié)論：圖2實(shí)驗(yàn)電路連接圖(a) GE端電壓波形(b) CE端電壓波形0 -(c)電源端夾雜交流電壓波形(d)集電極電流波形 圖3實(shí)驗(yàn)測(cè)試波形圖 在輸入端增大串聯(lián)電阻R1的阻值，會(huì)使輸入驅(qū)動(dòng)波形的上升沿與下降沿(GE 端電壓)的銳度減緩， 其影響是使IGBT的開通與關(guān)斷的時(shí)間延長(zhǎng)， 同時(shí)輸出 端(CE)的上升沿與下降沿的銳度也同樣減緩， 并可減小輸出端CE兩端電壓的 尖峰，另外，帶給電源的高頻諧波的峰值也在減小。但是， 這樣會(huì)使IGBT 的開關(guān)損耗增大。GE端并聯(lián)電容C1同樣會(huì)使輸入驅(qū)動(dòng)波形的上升沿和下降沿銳度減緩， 這對(duì)輸 出端C

8、E間電壓上升延遲和下降延遲有減緩作用， 但該作用沒有增加R1阻值的 效果明顯。當(dāng)R2減小，即負(fù)載增大時(shí)， 隨之增大的還有CE間電壓尖峰和CE間電壓波形 的上升時(shí)間和下降時(shí)間， 以及電源端電壓中交流成分的幅值。直流電源兩端并聯(lián)的電解電容 C2可以有效抑制電源兩端的低頻諧波，諧波的咼頻頻率在20kHz左右(與驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率相同)，在直流電源兩端并聯(lián)薄膜電容 C3 對(duì)高頻諧波(幾兆赫芝)的抑制很有效。但是，當(dāng)兩個(gè)電容同時(shí)作用時(shí)，諧波依然會(huì)被引入， 這并沒有達(dá)到我們預(yù)期的效果；對(duì)比直流電源電壓在10V100V時(shí)各種情況下的電壓上升沿與下降沿時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)：上升時(shí)間與下降時(shí)間不會(huì)隨著直流電源電壓的增大而變化。也就是說：在實(shí)際的全橋電路中，這些參數(shù)不會(huì)跟隨母線的變化而變化。3結(jié)束語 在實(shí)際電路中， 柵極電阻的選擇要考慮開關(guān)速度的要求和損耗的大小。柵極電 阻也不是越小越好， 當(dāng)柵極電阻很小時(shí)，IGBT的CE間電壓尖峰過大， 柵極 電阻很大時(shí)，又會(huì)增大開關(guān)損耗。所以，選擇時(shí)要在CE間尖峰電壓