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IGBT的工作原理和對驅動電路的要求

作者:海飛樂技術 時間:2018-10-08 17:58

  1. 柵極電荷特性及工作過程
  IGBT器件的寄生電容和封裝寄生電阻是決定開關特性的主要因素。圖1所示為IGBT器件的寄生電容示意圖。

IGBT寄生電容示意圖 
圖1 IGBT寄生電容示意圖                   圖2 等效電路圖
 
  由等效電路圖可知,IGBT的寄生電容主要由三部分組成,分別是集電極-發射極電容CCE,柵極-發射極電容CGE和柵極-集電極電容CGC,又稱米勒電容。其中,后兩者可以表示IGBT的柵極電荷特性,是設計IGBT驅動電路的主要影響因素。柵極電容與電壓相關且幾乎不受溫度影響,是VCE的函數。當VCE相對比較低時,影響十分顯著,隨著VCE的升高,影響效果下降。
IGBT開通過程 
圖3 IGBT開通過程
 
  圖3所示為集電極電流IC、集電極-發射極極間電圧uCE隨柵極-發射極極間電壓uGE變化的曲線,即IGBT開通過程的簡化波形。導通過程由三個階段組成。首先是驅動電壓uGE為柵極-發射極極間電容CGE充電,當電壓達到IGBT的開通闊值電壓VGE(th)時,集電極電流IC開始上升,集電極-發射極電壓uCE開始緩慢下降。接下來繼續為輸入電容充電直至IGBT米勒平坦區,過程中集電極電流IC達到最大值,電壓uCE迅速下降至IGBT通態壓降。最后柵極電流IG繼續對輸入電容充電直至IGBT全飽和。IGBT的關斷過程與其開通過程相反。
 
  2. IGBT器件對驅動電路的要求
  IGBT驅動電路的實質是為柵極電容充電的過程,即提供合適的觸發脈沖為輸入電容充電。對于IGBT器件來說,其開關特性主要體現在柵極輸入電容和內部封裝電阻以及外加柵極電阻。在脈沖功率系統中,要求開關的導通速度快,提高脈沖形成網絡輸出波形的質量,因此在設計驅動電路時,往往忽略外加的柵極電阻,即只考慮IGBT模塊的柵極輸入電容和封裝柵極內阻的影響。
 
  根據以上分析可知,在脈沖功率應用中,對于IGBT柵極驅動電路有如下要求:
  1、驅動信號要有陡峭的脈沖前后沿,實現快速為柵極輸入電容充電;
  2、為提高IGBT的導通速度,需要盡可能減小柵極充放電回路時間常數;
  3、在允許開關使用壽命的情況下,柵極驅動電流要盡可能的大,使開關波形的前后沿陡峭。




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