IGBT柵極串聯(lián)電阻對驅動波形的影響
柵極驅動電壓的上升、下降速率對IGBT的開通和關斷過程有著較大的影響。
在高頻應用場合,驅動電壓的上升、下降速率應盡量快一些,以提高IGBT
的開關速度,降低損耗。減小柵極串聯(lián)電阻,可以提高IGBT 的開關速度,降低
開關損耗,用戶可根據實際應用的頻率范圍,選擇合適的柵極驅動電阻,也可以
選擇開通和關斷不同的柵極串聯(lián)電阻值。
在正常情況下IGBT 的開通速度越快,損耗越小。但在開通過程中如有續(xù)流
二極管的反向恢復電流和吸收電容的放電電流,則開通的越快,IGBT 承受的峰
值電流越大,越容易導致IGBT 損壞。因此應該降低柵極驅動電壓的上升速率,
既增加柵極串聯(lián)電阻的阻值,抑制該電流的峰值。其代價是較大的開通損耗。利
用此技術,開通過程的電流峰值可以控制在任意值。
由以上分析可知,柵極串聯(lián)電阻和驅動電路內阻抗對IGBT開通過程影響較
大,而對關斷過程影響小一些,串聯(lián)電阻小有利于加快關斷速度,減小關斷損耗。
但過小會導致di/dt 過大,產生較大的集電極電壓尖峰。因此對串聯(lián)電阻要根據
具體設計要求全面綜合考慮。
柵極驅動電阻對驅動脈沖的波形也有影響。電阻值過小時會造成脈沖振蕩,
過大時脈沖的前后沿會發(fā)生延遲或變緩。IGBT 柵極輸入電容Cge隨著其額定容
量的增加而增大。為了保持相同的脈沖前后沿速率,對于電流容量大的IGBT 器
件,應提供較大的前后沿充電電流。為此,柵極串聯(lián)的電阻的阻值應隨著IGBT
電流容量的增大而減小。
4. IGBT的驅動電路
在設計中比較常見的驅動電路有:⑴光耦驅動電路,光耦驅動電路是現(xiàn)代逆
變器和變頻器設計時被廣泛采用的一種電路,由于線路簡單,可靠性高,開關性
能好,被許多逆變器和變頻器廠家所采用。由于驅動光耦的型號很多,所以選用
的余地也很大。驅動光耦選用較多的主要有東芝的TLP系列,夏普的PC系列,
惠普的HCLP系列等;⑵ 集成塊驅動電路,主要有IR的IR2111,IR2112,
IR2113等,三菱的EXB系列,M57959,M57962等。
IGBT 的驅動電路必須具備兩個功能:一是實現(xiàn)控制電路與被驅動IGBT 的
柵極隔離;二是提供合適的柵極驅動脈沖,實現(xiàn)電隔離可以采用脈沖變壓器、微
分變壓器和光電耦合器。
5. IGBT的過流保護
IGBT 的過流保護電路可以分為兩類:一類是低倍數(1.2~1.5 倍)的過載保
護;一類是高倍數(8~10)的短路保護。
對于過載保護不必快速反應,可采用集中式保護,即檢測輸入端或直流端的
總電流,當此電流超過設定值后比較器翻轉,封鎖所有IGBT 輸入驅動脈沖,使
輸出電流降為零。這種過載過流保護,一旦動作后,要通過復位才能恢復正常工
作。
IGBT 能夠承受很短時間的短路電流,能夠承受短路電流的時間與該IGBT的飽和導通壓降有關,隨著飽和導通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于2V的
IGBT 允許的短路時間小于5μS,而飽和壓降為3V的IGBT 的允許短路時間可達
15μS,4~5V時可達到30μS以上。存在以上的關系是由于隨著飽和導通壓降的
降低,IGBT 的阻抗也降低,短路電流同時增大,短路時的功耗隨著電流的平方
增大,造成承受短路時間迅速減小。
通常采取的保護措施有軟關斷和降柵壓兩種。軟關斷是指在過流和短路時,
直接關斷IGBT。但是,軟關斷抗*力差,一旦檢測到過流信號就關斷,很
容易發(fā)生誤動作。為增加保護電路的抗*力,可在故障信號和保護動作之間
加一延時,不過故障電流會在這個延時時間內急劇上升,大大增加了故障損耗,
同時還會導致器件的di/dt 過大。所以往往是保護電路啟動了,器件依然損壞了。
降柵壓旨在檢測到器件過流時,馬上降低柵壓,但器件仍維持導通。降柵壓
后,設有固定延時,故障電流在這一段時間內被限制在一個較小的值,則降低了
故障時器件的損耗,延長了器件抗短路的時間,而且能夠降低器件關斷時的di/dt,
對器件的保護十分有利。若延時后故障信號依然存在,則關斷器件,若故障信號
消失,則驅動電路恢復到正常工作狀態(tài),因而大大增強了抗騷擾的能力。
上述降柵壓的方法只考慮了柵壓與短路電流大小的關系,而在實際應用中,
降柵壓的速度也是一個重要因素,它直接決定了故障電流下降的di/dt。慢降柵壓
技術就是通過限制降柵壓的速度來控制故障電流的下降速度,從而抑制器件的
di/dt 和Uce的峰值。
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