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1、·6·电焊机,Vol130,2000(11):6～13研究与设计IGBT模块驱动及保护技术盛祖权,张立(西安爱帕克电力电子有限公司,陕西西安710061)摘要:对IGBT的栅极驱动特性、栅极串联电阻及IGBT的驱动电路进行了探讨。给出了过电流保护及换相过电压吸收的有效方法。关键词:IGBT;趋动特性;保护技术中图分类号:TG43413文献标识码:A文章编号:1001-2303(2000)11-0006-08TechnologyofIGBTmoduledrive&protectioncircuitS
2、HENGZu2quan,ZHANGLi(InternationalIRRectifier,xi′an710061,China)Abstract:Griddrivecharacteristic,gridseriesresistanceandIGBTdrivecircuitarediscussedinthearticle,effectivemethodsofovercurrentprotectionandcommutatingovervoltageabsorptionareindicatedalso.
3、Keywords:IGBT;drivecharacteristic;protectiontechnology1引言键。只有在充分利用和满足其特点、要求的情况下,IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。才能使IGBT展现出它的优点并获得较高的可靠性。它既有MOSFET易驱动的特点,又具有功率晶体管2栅极特性电压、电流容量大的优点。其频率特性介于MOS2IGBT的栅极通过一层氧化膜与射极实现电隔FET与功率晶体管之间,可正常工作于几十千赫兹离。由于此氧化层很薄,其击穿电压一般只能达到频率范围内,
4、故在较高频率的大、中功率应用中占据20～30V,因此栅极击穿是IGBT失效的常见原因之了主要地位。一。在应用中有时虽然保证了棚极驱动电压没有超IGBT是电压控制型器件,在它的栅—射极间施过栅极最大额定电压,但棚极连线的寄生电感和栅2加十几伏直流电压时,只会有毫微安级的漏电流流集极间的电容耦合,也会产生使氧化层损坏的振荡过,基本上不消耗功率。但IGBT的栅—射极间存在电压。为此,通常采用绞线来传送驱动信号,以减小着较大的电容量(几千至上万皮法),在驱动脉冲电连线电感。在栅极连线中串联小阻值电阻或小磁
5、环压的上升及下降沿需提供数安培的充放电电流,才也可以抑制不希望的振荡电压。在栅—射极间并联能满足它开通和关断的动态要求,使得它的驱动电反串联的稳压管或旁路电阻也是吸收栅极过电压的路也必须输出一定的峰值电流。有效措施。IGBT作为一种大功率的复合器件,存在着过流IGBT的栅—射和栅—集极间存在着电容CGE时可能发生锁定现象而造成损坏的问题,在过流时和CGC,在它的射极回路中存在着漏电感LE,由于如采用一般的速度封锁栅极电压,会因过高的电流这些分布参数的影响,使得IGBT的驱动波形与理想变化率引起过电
6、压,从而需要软关断等特殊要求,因驱动波形产生了较大的变化,并产生了不利于IGBT而掌握好IGBT的驱动和保护特性是使用好它的关开通和关断的因素。这可以用带续流二极管的电感收稿日期:2000-08-07作者简介:盛祖权(1938—),男,上海浦东人,教授级高工,主要从事电力电子新型设备研制。研究与设计电焊机,Vol130,2000(11)·7·负载开关电路(见图1)来得到验证。图1所示为此时,栅—集极电容CGC的密勒效应支配着UCE的IGBT的开关电路和开通波形。上升率,因CGC耦合充电作用,使得U
7、GE在t1～t2期间基本保持不变,在t2时,UCE下降完毕,UGE和iC开始以栅—射极电路固有的阻抗所决定的速度下降,在t3时,UGE及iC均降为零,关断过程结束。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时达到IGBT的栅极门槛电压,集电极电流开始上升。从此时开始有2个原图2IGBT关断时的波形因使UGE波形偏离原有轨迹。首先是射极杂散电感由图2可以看出,由于IGBT的密勒电容CGC的LE
8、上的感应电压,此电压随着集电极电流iC的增存在,使得IGBT的关断过程也减缓了许多。为了减加而增大,它抵消了外加的栅极驱动电压,并且降低小此影响,一方面应选择CGC小的IGBT元件;另一了直接加在栅—射端的电压UGE的上升率。这是一方面应减小驱动电路的内阻抗,使流入栅—集电容个负反馈的作用,集电极电流的增加使LE产生1个CGC的充电电流增加,加快了UCE的上升速度。抵消栅极电压的电压,并减缓了集电极电流的增长。以上对IGBT开关过程中的栅极驱动波形进行另一个影响栅极驱动电压的因素是
