IGBT 的驅(qū)動特性及功率計算

IGBT的驅(qū)動特性及功率計算1IGBT的驅(qū)動特性1.1驅(qū)動特性的主要影響因素IGBT的驅(qū)動條件與IGBT的特性密切相關(guān)。設(shè)計柵極驅(qū)動電路時，應(yīng)特別注意開通特性、負載短路能力和小/也引起的誤觸發(fā)等問題。柵極電壓Ue增加（應(yīng)注意Ue過高而損壞IGBT），則通態(tài)電壓下降（E也下降），如圖1所示（此處以200AIGBT為例）。由圖1中可看出，0若U固定不變時，導(dǎo)通電壓將隨集電極電流增大而增高，ge如圖1a，電流容量將隨結(jié)溫升高而減少（NPT工藝正溫度特性的體現(xiàn)）如圖1b所示。（a）Uge與Uce和Ic的關(guān)系（b）Uge與Ic和Tvj的關(guān)系

圖1 柵極電壓Uge與Uce和Tvj的關(guān)系柵極電壓Ue直接影響IGBT的可靠運行，柵極電壓增高時有利于減小IGBT的開通損耗和導(dǎo)通損耗，但同時將使IGBT能承受的短路時間變短（10us以下），使續(xù)流二極管反向恢復(fù)過電壓增大，所以務(wù)必控制好柵極電壓的變化范圍，一般Ue可選擇在-10?+15V之間，關(guān)斷電壓-10V，開通電壓+15V。開關(guān)時U與I的關(guān)系曲線見圖2a和圖2b所示。 案g

(a)開通時(b)(a)開通時(b)關(guān)斷時圖2開關(guān)時Uge與】c的關(guān)系曲線柵極電阻R增加，將使IGBT的開通與關(guān)斷時間增加，使開通與關(guān)斷能耗均增加,但同時，可以使續(xù)流二極管的反恢復(fù)過電壓減小，同時減少EMI的影響。而門極電阻減少，則又使di/dt增大，可能引發(fā)IGBT誤導(dǎo)通，但是，當R減少時，可以使得IGBT關(guān)斷時由du/dt所帶來誤觸發(fā)的可能性減小，g同時也可以提高IGBT承受短路能量的圖4門極電阻Rg與Eon/Eoff由上述可得：IGBT的特性隨門極驅(qū)動條件的變化而變化，就象雙極型晶體管的開關(guān)特性和安全工作區(qū)隨基極驅(qū)動而變化一樣。但是IGBT所有特性難以同時最佳化，根據(jù)不同應(yīng)用，在參數(shù)設(shè)定時進行評估，找到最佳折沖點。雙極型晶體管的開關(guān)特性隨基極驅(qū)動條件而變化，然而，對于IGBT來說，正如圖1?圖3所示，門極驅(qū)動條件僅對其開關(guān)特性有較大影響，因此，對于其導(dǎo)通特性來講，我們應(yīng)將更多的注意力放在IGBT的開通、短路負載容量上。1.2驅(qū)動電路設(shè)計與結(jié)構(gòu)布局1） 從結(jié)構(gòu)原理上講，IGBT的開通特性同MOSFET，而輸出特性同BJT，等效于MOSFET+BJT，因此IGBT與MOSFET都是電壓驅(qū)動，都具有一個閾值電壓，有一個容性輸入阻抗，因此IGBT對柵極電荷非常敏感故驅(qū)動電路必須很可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，即驅(qū)動電路與IGBT的連線要盡量短。2） 用內(nèi)阻小的驅(qū)動源對柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓U,有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開^通后，柵極驅(qū)動源應(yīng)能提供足夠的功率，使IGBT之雙極晶體管BJT始終工作在飽和區(qū)。3） 驅(qū)動電壓U的選擇可參考圖1，注意其大小的影響，若U選大了，^IJIGBT通態(tài)壓降和開通損耗均下降，但負載短路時的I晴c大，IGBT能承受短路電流的時間減小，對其安全不利，因此在有短路工作過程的設(shè)備中Uge應(yīng)選得小些，通常12?15V比較合適。4） 驅(qū)動信號傳輸線路設(shè)計要考慮器件延遲，特別是光耦，注意傳輸比選擇。5） 在關(guān)斷過程中，為盡快抽取IGBT輸入電容（Cies）上的存儲電荷，須施加一負偏壓Ue，但它的大小受IGBT的G、E間最大反向耐壓限制，一般取-10V為宜。6） 在大電感負載下，IGBT的開關(guān)時間不能太短，以限制出di/dt形成的尖峰電壓，設(shè)計正確的過流保護電路，確保IGBT的安全。7） 注意兩種隔離：強、弱電之間的隔離（信號共地問題）和輸入、輸出信號之間的隔離（采用變壓器/光耦等），最好自身帶有對IGBT的保護功能，有較強的抗干擾能力。8） 針對大功率IGBT，可考慮增加推挽對管（如目前通用的MJD44H11/45H11）放大驅(qū)動功率，或者選用比較流行的瑞士CT-CONCEPT專用大功率驅(qū)動產(chǎn)品如2SD315-等。2IGBT的功率損耗計算（硬開關(guān)情況）2.1動態(tài)損耗1）IGBT開關(guān)損耗：尸心t寸?（E+E?I/IIGBT'swonoffsnom其中*IGBT開關(guān)頻率，氣質(zhì)開通能量（參數(shù)表提供），Eoff=關(guān)斷能量（參數(shù)表提供），＜=實際工作電流Inom=標稱電流。2）續(xù)流二極管開關(guān)損耗："diode,^sw'rec'Jom其中fw=IGBT開關(guān)頻率，Erec=續(xù)流能量（參數(shù)表提供），/F=實際工作電流Inom=標稱電流。2.2導(dǎo)通損耗1）IGBT導(dǎo)通損耗：尸IGBT=Kesat°I其中ycesat=飽和壓降（參數(shù)表提供），/s二集電極電流，D=平均占空比。2）續(xù)流二極管導(dǎo)通損耗：尸diode=^.%.(1心比。其中匕=導(dǎo)通壓降（