IGBT 的驱动特性及功率计算

IGBT的驱动特性及功率计算1IGBT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、负载短路能力和小/也引起的误触发等问题。栅极电压Ue增加（应注意Ue过高而损坏IGBT），则通态电压下降（E也下降），如图1所示（此处以200AIGBT为例）。由图1中可看出，0若U固定不变时，导通电压将随集电极电流增大而增高，ge如图1a，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Ue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（10us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Ue可选择在-10〜+15V之间，关断电压-10V，开通电压+15V。开关时U与I的关系曲线见图2a和图2b所示。 案g

(a)开通时(b)(a)开通时(b)关断时图2开关时Uge与】c的关系曲线栅极电阻R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R减少时，可以使得IGBT关断时由du/dt所带来误触发的可能性减小，g同时也可以提高IGBT承受短路能量的图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1） 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U,有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开^通后，栅极驱动源应能提供足够的功率，使IGBT之双极晶体管BJT始终工作在饱和区。3） 驱动电压U的选择可参考图1，注意其大小的影响，若U选大了，^IJIGBT通态压降和开通损耗均下降，但负载短路时的I晴c大，IGBT能承受短路电流的时间减小，对其安全不利，因此在有短路工作过程的设备中Uge应选得小些，通常12〜15V比较合适。4） 驱动信号传输线路设计要考虑器件延迟，特别是光耦，注意传输比选择。5） 在关断过程中，为尽快抽取IGBT输入电容（Cies）上的存储电荷，须施加一负偏压Ue，但它的大小受IGBT的G、E间最大反向耐压限制，一般取-10V为宜。6） 在大电感负载下，IGBT的开关时间不能太短，以限制出di/dt形成的尖峰电压，设计正确的过流保护电路，确保IGBT的安全。7） 注意两种隔离：强、弱电之间的隔离（信号共地问题）和输入、输出信号之间的隔离（采用变压器/光耦等），最好自身带有对IGBT的保护功能，有较强的抗干扰能力。8） 针对大功率IGBT，可考虑增加推挽对管（如目前通用的MJD44H11/45H11）放大驱动功率，或者选用比较流行的瑞士CT-CONCEPT专用大功率驱动产品如2SD315-等。2IGBT的功率损耗计算（硬开关情况）2.1动态损耗1）IGBT开关损耗：尸心t寸•（E+E•I/IIGBT'swonoffsnom其中*IGBT开关频率，气质开通能量（参数表提供），Eoff=关断能量（参数表提供），＜=实际工作电流Inom=标称电流。2）续流二极管开关损耗："diode,^sw'rec'Jom其中fw=IGBT开关频率，Erec=续流能量（参数表提供），/F=实际工作电流Inom=标称电流。2.2导通损耗1）IGBT导通损耗：尸IGBT=Kesat°I其中ycesat=饱和压降（参数表提供），/s二集电极电流，D=平均占空比。2）续流二极管导通损耗：尸diode=^.%.(1心比。其中匕=导通压降（