论如何减轻米勒电容所引起的寄生导通效应

在IGBT开关时，有一个会经常遇到的问题，那就是由于寄生米勒电容开通而产生米勒平台。米勒效应在单电源门极驱动过程中非常显著。基于门极G与集电极C之间的耦合，在IGBT关断期间会产生一个很高的瞬态dv/dt，这样会引发门极VGE间电压升高而导通，这里存在着潜在的风险。

寄生米勒电容引起的导通 

图1：下管IGBT因为寄生米勒电容而引起导通

如图1所示，上管IGBT(S1)在导通时，SI处于半桥拓扑，此时SI 会产生一个变化的电压dV/dt，这个电压通过下管IGBT(S2)。电流流经S2的寄生米勒电容CCG 、栅极电阻RG和内部驱动栅极电阻 RDRIVER  。想要测得此时大致的电流值，可以用下面的公式：

这个产生的电流使门极电阻两端产生电压差，这个电压如果超过IGBT的门极驱动门限阈值，将导致寄生导通。设计工程师应该意识到IGBT节温上升会导致IGBT门极驱动阈值会有所下降，通常就是mv/℃级的。

当下管IGBT(S2)导通时，寄生米勒电容引起的导通同样会发生在S1上。

减缓米勒效应的解决方法

一般来说我们有三种方法来解决以上问题：第一种方法是改变门极电阻(如图2);第二种方法是在在门极G和射极E之间增加电容(如图3);第三种方法是采用负压驱动(如图4)。除此之外，还有一种简单而有效的解决方案即有源钳位技术(如图5)。

图2：独立的门极开通和关断电阻

图3：G-E间增加电容

G-E间增加电容

门极和发射极之间增加的这个电容CG会影响到IGBT开关的性能，CG分担了米勒电容产生的门极充电电流。因为IGBT的总输入电容为CG||CG’，鉴于这种情况，门极充电要达到门极驱动的电压阈值就需要产生更多的电荷(如图3)。又因增加了电容CG，因此驱动电源功耗会增加，在相同的门极驱动电阻下，IGBT的开关损耗也会相应地增加。

图4：负电源电压

采用负电源以提高门限电压

 采用门极负电压来安全关断，特别是IGBT模块在100A以上的应用中，是很典型的运用。在IGBT模块100A以下的应用中，处于成本原因考虑，负门极电压驱动很少被采用。典型的负电源电压电路如图4。

增加负电源供电增加设计复杂度，同时也增大设计尺寸。

图5：有源米勒钳位采用外加三极管

有源米勒钳位解决方案

要想避免RG优化、CG损耗和效率、负电源供电成本增加等问题，另一种方法是使门极和发射极之间发生短路，这种方法可以避免IGBT不经意的打开。具体操作方法是在门极与射极之间增加三级管，当VGE电压达到某个值时，门极与射极的短路开关(三级管)将被触发。这样流经米勒电容的电流将被增加的三极管截断而不会流向VOUT。这种技术被称为有源米勒钳位技术，具体方法见图示5。