“单正向”栅驱动IGBT简化驱动电路

目前,为了防止高dv/dt应用于桥式电路中的igbt时产生瞬时集电极电流,设计人员一般会设计栅特性是需要负偏置栅驱动的igbt。然而提供负偏置增加了电路的复杂性,也很难使用高压集成电路(hvic)栅驱动器,因为这些ic是专为接地操作而设计──与控制电路相同。因此,研发有高dv/dt能力的igbt以用于“单正向”栅驱动器便最为理想了。这样的器件已经开发出来了。器件与负偏置栅驱动igbt进行性能表现的比较测试,在高dv/dt条件下得出优越的测试结果。

  为了理解dv/dt感生开通现象,我们必须考虑跟igbt结构有关的电容。图1显示了三个主要的igbt寄生电容。集电极到发射极电容c,集电极到栅极电容c和栅极到发射极电容cge。

图1 igbt器件的寄生电容

  这些电容对桥式变换器设计是非常重要的,大部份的igbt数据表中都给出这些参数:

  输出电容,coes=cce+cgc(cge短路)

  输入电容,cies=cgc+cge(cce短路)

  反向传输电容,cres=cgc

图2 半桥电路

  图2给出了用于多数变换器设计中的典型半桥电路。集电极到栅极电容c和栅极到发射极电容c组成了动态分压器。当高端igbt(q2)开通时,低端igbt(q1)的发射极上的dv/dt会在其栅极上产生正电压脉冲。对于任何igbt,脉冲的幅值与栅驱动电路阻抗和dv/dt的实际数值有直接关系。igbt本身的设计对减小c和c的比例非常重要,它可因此减小dv/dt感生电压幅值。

  如果dv/dt感生电压峰值超过igbt的阀值,q1产生集电极电流并产生很大的损耗,因为此时集电极到发射极的电压很高。

  为了减小dv/dt感生电流和防止器件开通,可采取以下措施:

  关断时采用栅极负偏置,可防止电压峰值超过v,但问题是驱动电路会更复杂。

  减小igbt的cgc寄生电容和多晶硅电阻rg’。
  减小本征jfet的影响

  图3给出了为反向偏置关断而设计的典型igbt电容曲线。cres曲线(及其他曲线)表明一个特性,电容一直保持在较高水平,直到v接近15v,然后才下降到较低值。如果减小或消除这种“高原”(plateau) 特性,c的实际值就可以进一步减小。

  这种现象是由igbt内部的本征jfet引起的。如果jfet的影响可以最小化,c和c可随着vce的提高而很快下降。这可能减小实际的cres,即减小dv/dt感生开通对igbt的影响。

图3 需负偏置关断的典型igbt的寄生电容与v的关系。

  irgp30b120kd-e是一个备较小c和经改良jfet的典型igbt。这是一个1200v,30a npt igbt。它是一个co-pack器件,与一个反并联超快软恢复二极管共同配置于to-247封装。

  设计人员可减小多晶体栅极宽度,降低本征jfet的影响,和使用元胞设计几何图形,从而达到以上的目标。

  对两种1200v npt igbt进行比较:一种是其他公司的需负偏置关断的器件,一种是ir公司的npt单正向栅驱动irgp30b120kd-e。测试结果表明其他公司的器件在源电阻为56Ω下驱动时,dv/dt感生电流很大。

  比较寄生电容的数据,ir器件的三种电容也有减小:

  输入电容,cies减小25%
  输出电容,coes减小35%
  反向传

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计