完整word版,IGBT驱动电路

IGBT 模块驱动及保护技术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 yA 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 的栅极一发射极和栅极一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 1IGBT 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，并且降低了栅极一发射极间的 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路电压的因素是栅极－集电极电容 Cgc 的密勒效应。t2 时刻，集电极电流达到...