IGBT的驱动特性及功率计算

1、1IGBT 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dv/dt引起的误触发等问 题。栅极电压Uge增加（应注意Uge过高而损坏IGBT），则通态电 压下降（Eon也下降），如图1所示（此处以200A IGBT为例）。由图1中可看出，若Uge固定不变时，导通电压将随集电极电流增大而增高，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

2、 Uge 与 UCe 和 Tvj 的关系栅极电压Uge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Uge可选择在-10+15 V之 间，关断电压-10 V,开通电压+15 V。开关时Uge与Ig的关系曲线见图2 a和图2 b所示。(a)开通时(b)关断时2图 2 开关时Uge与Ic的关系曲线栅极电阻Rg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EM

3、I的影响。而门极电阻减少，贝収使di/dt增大，可能引 发IGBT误导通，但是，当Rg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，同时也可以提高IGBT承受短路能量的 能力，所以Rg大小各有好坏，客户可根据自己设计特点选择。图3为Rg大小对开关特性的影响，损耗关系请参照图4所示。0,2 wIW(Upi/Oiv3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

4、性随基极驱动条件而变化，然而，对于IGBT来图 3Rg大小对开关特性的影响(di/dt 大小不同)(a)开通时(b)关断时4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

5、。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Uge,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Uge的选择可参考图1,注意其大小的影响，若Uge选大了，则IGBT通态压降和开通损耗均下降，但负载短路时的Ic增5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1215 V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

6、存储 电荷，须施加一负偏压Uge，但它的大小受IGBT的G、E间最大反 向耐压限制，一般取-10 V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2SD31

7、5-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：PIGBT=fsw（Eon+ Eoff）Is/Inom其中fsw= IGBT开关频率，Eon=开通能量（参数表提供），Eoff=关断 能量（参数表提供），Is=实际工作电流Inom=标称电流。2）续流二极管开关损耗：其中fw=IGBT开关频率，Erec二续流能量（参数表提供），IF=实际工 作电流Inom=标称电流。导通损耗1）IGBT导通损耗：PiGBT=VcesatIsD其中Vcesat=饱和压降（参数表提供），Is二集电极电流，D =平均占空比。Pdiode= fswErecIF/Inom62）续流二极管导通损耗：Pdiode=VFIF(1-D)其中VF=导