IGBT的最佳工作状态优化措施作者:微叶科技 时间:2015-11-20 11:04
摘要:栅极电阻影响IGBT的开关时间、开关损耗等。文章分析了通过优化栅极电阻RG来调节IGBT的动态特性,使其工作在最佳开关状态。
1 前言
图1 导通、关断/栅极电流
图2 IGBT关断
表1 IGBT变化率/特性
3 对续流二极管开关特性的影响
续流二极管的开关特性也受栅极电阻的影响,并限制栅极阻抗的最小值。这意味着IGBT的导通开关速度只能提高到一个与所用续流二极管反向恢复特性相兼容的水平。栅极电阻的减小不仅增大了IGBT的过电压应力,而且由于IGBT模块中diC/dt的增大,也增大了续流二极管的过压极限。通过使用特殊设计和优化的带软恢复功能的CAL(可控轴向寿命)二极管,使得反向峰值电流减小,从而使桥路中IGBT的导通电流减小。 4 驱动器输出级的设计 栅极驱动电路的驱动器输出级是一种典型的设计,采用了两个按图腾柱形式配置的MOSFET,如图3所示。两个MOSFET的栅极由相同的信号驱动。当信号为高电平时,N通道MOSFET导通,当信号为低电平时,P通道MOSFET导通,从而产生了两个器件推挽输出的配置。MOSFET的输出级可有一路或两路输出。据此可实现具有一个或两个栅极电阻(导通,关断)的用于对称或不对称栅极控制的解决方案。 图3 RG(on)/RG(off)的连接
对于低开关损耗,无IGBT模块振荡,低二极管反向恢复峰值电流和最大dv/dt限制,栅极电阻必须体现出最佳的开关特性。通常在应用中,额定电流大的IGBT模块将采用较小的栅极电阻驱动;同样的,额定电流小的IGBT模块,将需要较大的栅极电阻。也就是说,IGBT数据手册中所给的电阻值必须为每个设计而优化。IGBT数据手册指定了栅极电阻值。然而,最优的栅极电阻值一般介于数据手册所列值和其两倍之间。IGBT数据手册中所指定的值是最小值。在指定条件下,两倍于额定电流可被安全地关断。在实际中,由于测试电路和各个应用参数的差异,IGBT数据手册中的栅极电阻值往往不一定是最佳值。上面提到的大概的电阻值(即两倍的数据表值)可被作为优化的起点,以相应地减少栅级电阻值。确定最优值的唯一途径是测试和衡量最终系统,使应用中的寄生电感最小很重要。这对于保持IGBT的关断过电压在数据手册的指定范围内是必要的,特别是在短路情况下。栅极电阻决定栅极峰值电流IGM。增大栅极峰值电流将减少导通和关断时间,以及开关损耗。栅极峰值电流的最大值和栅极电阻的最小值分别由驱动器输出级的性能决定。
应用(直流环节)中的电感过大或者使用的栅极电阻小,将导致更大的di/dt,从而产生过大的IGBT电压尖峰。因此,应尽量减小电感或者增大栅极电阻值。为减小短路时的电压尖峰,可使用软关断电路,它可以更缓慢地关断IGBT。栅极电阻和IGBT模块之间的距离应尽可能短。如果栅极电阻和IGBT模块之间的连线过长,将会在栅极-发射极的通道上产生较大的电感。结合IGBT的输入电容,该线路电感将形成一个LC振荡电路。可简单地通过缩短连线或者用比最小栅极电阻值RG(min)≥2√Lwire/Cies大的栅极电阻来衰减这种振荡。 上一篇:IPM相对于IGBT模块在应用和结构上的优势 下一篇:大功率风机中的IGBT应用技术与电路
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