IGBT对栅极驱动电路的特殊要求

作者：海飞乐技术 时间：2017-05-23 11:47

IGBT基本电路

IGBT的驱动电路在它的应用中有着特别重要的作用，IGBT应用的关键问题之一是驱动电路的合理设计。由于IGBT的开关特性和安全工作区随栅-射极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能不好，常常会造成IGBT的损坏。IGBT通常采用栅-射极电压驱动，与其他全控型器件一样，IGBT对驱动电路有许多特殊要求，概括起来有以下几个方面。

①栅-射极驱动电路输出驱动脉冲的上升率和下降率要充分大。在IGBT开通时，将前沿很陡的栅射极电压加到其栅极G与发射极E之间，使IGBT快速开通，以达到开通时间最短、减小开通损耗的效果。在IGBT关断时，其栅-射极驱动电路要提供给IGBT一个下降沿很陡的关断电压，并在IGBT的栅极G与发射极E之间施加一个适当的反向偏电压，以使IGBT快速关断，缩小关断时间，减小关断损耗。

②在IGBT导通后，栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要具有足够的幅度。该幅度应能维持IGBT的功率输出级总是处于饱和状态，当IGBT瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区而损坏。

③栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压+UGE增加时，IGBT输出级晶体管的导通压降UCE和开通损耗值将下降，这并不是说+UGE值越高越好。其原因在于，在负载短路过程中，IGBT的集电极电流也随着+UGE的增加而增加，并使IGBT承受短路损耗的脉冲宽度变窄，如|UGE| >20V(即使是浪涌电压)，也会引起IGBT的损坏。因此在实际应用中，IGBT的栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压+UCE要取合适的值，特别是在具有短路工作过程的设备中使用IGBT时，其正向驱动电压+UGE更应选择其所需要的最小值。现已证明，开关应用IGBT时，其栅射极正向驱动电压以10～15V为最佳。

④IGBT在关断过程中，栅射极施加的反偏电压有利于IGBT的快速关断，但反向负偏压-UGE受IGBT栅-射极之间反向最大耐压的，过大的反向电压亦会造成IGBT栅-射极的反向击穿，所以-UGE也应该取合适的值，此值随IGBT容量及使用电路的不同一般为-10～2V。

⑤虽然IGBT的快速开通和关断有利于缩短开关时间和减少开关损耗，但过快地开通和关断，在大电感负载情况下反而是有害的。其原因在于大电感负载随着IGBT的超速开通和关断，将在电路中产生幅度很高而宽度很窄的尖峰电压Ldi/dt，该尖峰电压应用常规的过电压吸收电路是吸收不掉的，因而有可能造成IGBT自身或电路中其他元器件因过电压击穿而损坏。所以在大电感负载下，IGBT的开关时间也不能过分短，其值应根据电路中元器件耐受du/dt的能力及IGBT自身的du/dt抑制电路性能综合考虑。

⑥由于IGBT内寄生晶体管、寄生电容的存在，栅极驱动器与IGBT损坏时的脉冲宽度有密切的关系。同时栅极信号受流过IGBT输出级晶体管集电极电流的影响，因此要求在设计驱动电路时合理地处理这些关系。

⑦由于IGBT在电力电子交流设备中多用于相对控制电路为“高压”的场合，所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离。

⑧IGBT的栅极驱动电路应尽可能得简单、实用，最好自身带有对被驱动IGBT的完整保护能力，并且有很强的抗干扰性能，且输出阻抗应尽可能得低。

⑨栅极驱动电路与IGBT之间的配线，由于栅极信号的高频变化很容易相互干扰，为防止造成同一个系统使用多个IGBT时其中某个IGBT的误导通，要求多个IGBT的栅极驱动线捆扎在一起，同时栅极驱动电路到IGBT模块栅射极的引线应尽可能得短。引线应采用双绞线或同轴电缆屏蔽线，并从栅极驱动电路输出直接接到被驱动IGBT栅射极，为保证接触可靠，最好采用焊接的方法。

⑩在IGBT通断时，其输入电容要放电与充电，因而当使用IGBT作为高速开关时，应特别注意这些问题。

⑪在同一电力电子交流设备中，使用多个不等电位的IGBT时，为了解决电位隔离的问题，应使用光耦合器。光耦合器一定要使用高速且抗干扰性能好的产品。