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深度剖析 IGBT 栅极驱动注意事项

2023-6-25 10:47| 发布者: 闪电| 查看: 4| 评论: 0

摘要: IGBT晶体管的结构要比 MOSFET 或双极结型晶体管 (BJT) 复杂得多。它结合了这两种器件的特点,并且有三个端子:一个栅极、一个集电极和一个发射极。就栅极驱动而言,该器件的行为类似于 MOSFET。它的载流路径与 BJT ...


最大 dv/dt 是基于栅极驱动电流以及 IGBT 周围的电路阻抗。如果将高值电阻器用于栅极驱动,则需要在实际电路中进行验证。图 5 显示了同一电机控制电路中三个不同 IGBT 的关断波形。在此应用中,dv/dt 为 3500 V/s。


图 5. 三个IGBT的关断波形

对于该情况而言,IGBT #2 的典型 Cgc 为 84 pF,而阈值栅极电压为 7.5 V(在 15 A 的条件下)。


利用上述公式,该电路的最大总栅极电阻为:

Rg < 25.5 Ω。


因此,如果内部栅极电阻为 2Ω,驱动器阻抗为 5Ω,则所使用的绝对最大栅极电阻应为 18Ω。实际上,由于 IGBT、驱动器、板阻抗和温度的变化,建议采用一个较小的最大值(例如 12Ω)。


 三
栅极振铃

去除外部栅极电阻器可能会获得最佳的高频性能,同时确保不会发生二次导通。在某些情况下,这可能会起作用,但也可能由于栅极驱动电路中的阻抗而导致振荡。


栅极驱动电路为串联 RLC 谐振电路。电容主要源于 IGBT 寄生电容。所示的两个电感则源自 IGBT 和驱动器的板走线电感与焊线电感的组合。


在栅极电阻很小或没有栅极电阻的情况下,谐振电路将会振荡并造成 IGBT 中的高损耗。此时需要有足够大的栅极电阻来抑制谐振电路,从而消除振荡。


由于电感难以测量,因此也就很难计算适合的电阻。要最大程度降低所需的最小栅极电阻,最佳方案是采用良好的布局程序。


驱动器与 IGBT 栅极之间的路径应尽可能短。这适用于栅极驱动的整个电路路径以及接地回路路径。如果控制器不包括集成驱动器,则将 IGBT 驱动器置于 IGBT 的栅极附近要比将栅极驱动器的输入置于控制器的 PWM 输出端更为重要。从控制器到驱动器的电流非常小,因此相比从驱动器到 IGBT 的高电流和高 di/dt 电平所造成的影响,任何杂散电容的影响都要小得多。短而宽的走线是最大程度降低电感的最佳方式。


典型的最小驱动器电阻范围为 2Ω至 5Ω。这其中包括驱动器阻抗、外部电阻值和内部 IGBT 栅极电阻值。一旦设计好板的布局,即可确定并优化栅极电阻值。

 四
总结

本文给出了最大和最小栅极电阻值的指南。在这些限值之间有一个取值范围,藉此可以对电路进行调谐,从而获得最大效率、最小 EMI 或其他重要参数。在电路设计中取一个介于这些极值之间的安全值可确保设计的稳健。

参考文献

[1]《Power Semiconductor Devices》(功率半导体器件),B. Jayant Baliga,PWS Publishing Company,Boston。ISBN 0−534−94098−6

12

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