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IGBT驱动电路基本性能

[日期:2017-01-15] 来源:  作者: [字体: ]

 

  IGBT器件的发射极和栅极之间是绝缘的二氧化硅结构,直流电不能通过,因而低频的静态驱动功率接近于零。但是栅极和发射极之间构成了一个栅极电容CGs,因而在高频率的交替导通和关断时需要一定的动态驱动功率。小功率IGBT的CGs一般在10~l00pF之内,对于大功率的绝缘栅功率器件,由于栅极电容CGs较大,在1~l00pF,甚至更大,因而需要较大的动态驱动功率。
  
  IGBT栅极电压可由不同的驱动电路产生,栅极驱动电路设计的优劣直接关系到由IGBT构成的系统长期运行可靠性。正向栅极电压的值应该足够令IGBT产生完全饱和,并使通态损耗减至最小,同时也应限制短路电流和它所带来的功率应力。
  
  IGBT正栅压VGE越大,导通电阻越低,损耗越小。但是,如果VGE过大,一旦IGBT过流,会造成内部寄生晶闸管的静态擎柱效应,造成IGBT失效。相反如果VGE过小,可能会使IGBT的工作点落人线性放大区,最终导致器件的过热损坏。在任何情况下,开通时的栅极驱动电压,应该在12~20V之间。
  
  当栅极电压为零时,IGBT处于断态。由于IGBT的关断过程可能会承受很大的dv/dt,伴随关断浪涌电流,干扰栅极关断电压,可能造成器件的误开通。为了保证IGBT在集电极-发射极电压上出现dv/dt噪声时仍保持关断,必须在栅极上施加一个反向关断偏压,采用反向偏压还可减少关断损耗。反向偏压应该在—5~—15V之间。理想的心邹驱动再路应具有以下基本性能:
  
  1)要求驱动电路为IGBT提供一定幅值的正反向栅极电压VGE。理论上VGE≥VGE(th),IGBT即可导通;当VGE太大时,可能引起栅极电压振荡,损坏栅极。正向VGE越高,IGBT器件的VGES越低,越有利于降低器件的通态损耗。但也会使IGBT承受短路电流的时间变短,并使续流二极管反向恢复过电压增大。因此正偏压要适当,一般不允许VGE超过+20V。关断IGBT时,必须为IGBT器件提供—5~—15V的反向VGE,以便尽快抽取IGBT器件内部的存储电荷,缩短关断时间,提高IGBT的耐压和抗干扰能力。采用反偏压可减少关断损耗,提高IGBT工作的可靠性。
  
  2)要求驱动电路具有隔离的输入、输出信号功能,同时要求在驱动电路内部信号传输无延时或延时很小。
  
  3)要求在栅极回路中必须串联合适的栅极电阻RG,用以控制VGE的前后沿陡度,进而控制IGBT器件的开关损耗。RG增大,VGE前后沿变缓,IGBT开关过程延长;开关损耗增加;RG减小,VGE前后沿变陡,IGBT器件开关损耗降低,同时集电极电流变化率增大。较小的栅极电阻使得IGBT的导通di/dt变大,会导致较高的dv/dt,增加了续流二极管恢复时的浪涌电压。因此,在设计栅极电阻时要兼顾到这两个方面的问题。因此,RG的选择应根据IGBT的电流容量、额定电压及开关频率,一般取几欧姆到几十欧姆。
  
  4)驱动电路应具有过压保护和dv/dt保护能力。当发生短路或过电流故障时,理想的驱动电路还应该具备完善的短路保护功能。

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