IGBT驱动及保护电路（之一）

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

前言

本文主要参考来源为周志敏、周纪海、纪爱华主编的《IGBT和IPM及其应用电路》，其中穿插了一些个人理解及总结，仅供参考学习使用，谢绝转载。

概述

IGBT（绝缘栅双极型晶体管)是由BJT（双极型晶体管）和MOSFET（绝缘栅场效应管）组成的全控型电压驱动式电力电子器件，既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极晶体管的电流密度大、饱和压降小、电流处理能力强的优点。

基本原理

静态特性

3）开关特性：指集电极电流Ic与发射极电压之间的关系。

动态特性

IGBT的开通过程与功率MOSFET类似，因为在开通过程中IGBT在大部分时间作为功率MOSFET运行，由于IGBT中双极型PNP晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的好处，但也引入了少子储存现象，故IGBT的开关速度低于功率MOSFET。
导通时间与驱动电路的输出阻抗Rg及施加的栅极电压有关。

IGBT在关断过程中，集电极电流的波形分为两段，因为功率MOSFET关断后，PNP晶体管内部的存储电荷难以迅速消除，造成集电极电流较长的尾部时间（拖尾电流)。
关断延时时间：栅-发射极注入负压时，VCE开始慢慢上升。但只要VCE小于工作电压VCC，则续流二极管处于截止状态且不能接续电流，所以IGBT的集电极电流Ic在此期间并没有明显的下降。因此，从栅发射极电压VCE降落到其开通值的90%开始，直到集电极电流下降至负载电流的90%为止这一段时间被定义为关断延迟时间td(off）。
下降时间：一旦上升的IGBT的集-发射极电压超过工作电压VCC时，续流二极管便处于正向偏置的状态下，负载电流便可以换流至续流二极管，集电极电流也因此迅速下降。在Ic下降的同时，VCE会产生一个大大超过工作电压Vcc的峰值，这主要是由负载电感引起的，其幅度与IGBT的关断速度呈线性关系, 峰值电压过高可能会造成IGBT的损坏。
关断过程中的拖尾电流严重的影响了关断损耗，因为在这段时间里，VCE已经上升至工作电压VCC以上。拖尾电流的产生也告诉我们，即使在栅极给出了关断信号，IGBT也不能及时的完全关断，这是值得注意的，在设计驱动时要保证两个桥臂的驱动波形有足够的死区。

栅极特性

关断过程的补充说明

实际应用中，IGBT的Uge幅值也影响着饱和导通压降，Uge增加时，饱和导通电压将减小。由于饱和导通电压是IGBT发热的主要原因之一，因此必须尽量减小。通常Uge为15~18V，若过高，容易造成栅极击穿, 一般取15V。 IGBT关断时给其栅-发射极加一定的负偏压有利于提高IGBT的抗骚扰能力，通常取-5–10V。

栅极串联电阻和驱动电路内阻抗对IGBT开通过程的影响较大，而对关断过程影响小一些（主要取决于内部少子的复合速率），串联电阻小有利于加快关断速度，减小关断损耗；但过小会造成di/dt过大，产生较大的集电极电压尖峰。栅极电阻对驱动脉冲的波形也有影响，电阻过小时会造成脉冲振荡，过大时脉冲波形的前后沿会发生延迟和变缓。IGBT栅极输入电容Cge随着其额定电流容量大增加而增大，为保持相同的驱动脉冲前后沿速率，对于电流容量大的IGBT，应提供较大的前后沿充电电流，即栅极串联电阻应随IGBT电流容量的增加而减小。
IGBT漏极电流有一个临界值Idm，当Id>Idm时，便会产生锁定效应。在IGBT关断过程中，假如dUds/dt过高，也会造成动态锁定效应，可通过限制Idm值或加大栅极电阻Rg的方法来延长IGBT关断时间，以减小dUds/dt值。

驱动电路的补充说明

P.S.: 首次撰写，可能存在格式的问题…