IGBT 模块驱动及保护电路设计 1 引言 IGBT 是MOSFET 与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET 易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于 MOSFET 与功率晶体管之间，可正常工作于几十 kHz 频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 IGBT 是电压控制型器件，在它的栅极?发射极间施加十几 V 的直流电压，只有μA 级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但 IGBT 的栅极?发射极间存在着较大的寄生 电容（几千至上万 pF），在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数 A 的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰 值电流。 IGBT 作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压，过高的电流变化率会引起过电压，为此需要采用软关断技术，因而掌握好 IGBT 的驱动和保护特性是十分必要的。 2 栅极特性 IGBT 的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般只能达到 20～30V，因此栅极击穿是IGBT 失效的常见原因之一。 在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极－集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为 此。通常采用绞线来传送驱动信号，以减小寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。 由于 IGBT 的栅极－发射极和栅极－集电极间存在着分布电容 Cge 和 Cgc，以及发射极驱动电路中存在有分布电感 Le，这些分布参数的影响，使得 IGBT 的实际驱动波形与理想驱动波形不完全相同，并产生了不利于 IGBT 开通和关断的因素。这可以用带续流二极管的电感负载电路（见图 1）得到验证。 (a)等 效 电 路 (b)开 通 波 形 图 1 IGBT 开关等效电路和开通波形 在 t0 时刻，栅极驱动电压开始上升，此时影响栅极电压uge 上升斜率的主要因素只有Rg 和Cge，栅极电压上升较快。在 t1 时刻达到 IGBT 的栅极门槛值，集电极电流开始上升。从此时开始有2 个原因导致 uge 波形偏离原有的轨迹。 首先，发射极电路中的分布电感 Le 上的感应电压随着集电极电流 ic 的增加而加大，从而削弱了栅极驱动电压，并且降低了栅极－发射极间的uge 的上升率，减缓了集电极电流的 增 长 。 其 次 ， 另 一 个 影 响 栅 极 驱 动 电...
