IGBT驱动电路的设计决定着能否充分地发挥元件的性能,这样说并不言过其实。此外,保护电路的设计也有着密切的关系。
IGBT驱动电路由促使元件开通的正偏压电路和稳定地保持元件处于关断状态、同时加快关断速度的反偏压电路组成,根据各种不同条件的设定,元件的特性也发生变化。另外,驱动电路的接线方法不同也会出现元件的误动作问题。因此,设计最适当的IGBT驱动电路非常重要。
1 驱动条件和主要特性的关系表 7-1 表述了IGBT 的驱动条件与主要特性的关系。由于IGBT 的主要特性是随VGE、RG 变化的,需要配合装置的设计目标进行设定。
1.1 门极正偏压电压:+VGE(导通期间)门极正偏压电压+VGE 的推荐值为+15V,下面说明+VGE 设计时应注意的事项。(1) 请将+VGE 设计在G-E 间最大额定电压VGES=±20V max.的范围内。(2) 电源电压的变动推荐在±10%范围内。(3) 导通期间的C-E 间饱和电压(VCE(sat))随+VGE 变化,+VGE 越高饱和电压越低。(4) +VGE 越高,开通交换时的时间和损耗越小。(5) +VGE 越高,开通时(FWD 反向恢复时)的对置支路越容易产生浪涌电压。(6) 即使是在IGBT 断开的时间段内,由于FWD 的反向恢复时的dv/dt 会发生误动作,形成脉冲状的集电极电流,从而产生不必要的发热。这种现象被称为dv/dt 误触发,+VGE 越高越容易发生。(7) 在U 系列的IGBT 的情况下,+VGE 越高,短路电流值越高。(8) +VGE 越高,短路最大耐受量越小。1.2 门极反偏压电压:-VGE(阻断期间)门极反偏压电压-VGE 的推荐值为-5V 到-15V。下面说明-VGE 设计时应注意的事项。(1) 请将VGE 设计在G-E 间最大额定电压VGES=±20V max.的范围内。(2) 电源电压的变动推荐在±10%范围内。(3) IGBT 的关断特性依存于-VGE,特别是集电极电流开始关断部分的特性在很大程度上依存于-VGE。因此,-VGE 越大,关断交换时的时间和损耗越小。
(4) dv/dt 误触发在-VGE 小的情况下也有发生,所以至少要设定在-5V 以上。尤其是门极配线长的情况下要注意。1.3 门极电阻:RG门极电阻 RG 的数值,在说明书中用测定交换特性时的标准门极电阻值表示。请将该值当做门极电阻RG 的大致标准。以下说明RG 设计时应注意的事项。(1) 交换特性在开通和关断时均依存于RG,RG 越大,交换时间和交换损耗就越大,但交换时的浪涌电压变小。(2) dv/dt 误触发在RG 较大时变得不太容易发生。(3) 虽然N 系列的IGBT 的RG 越大,短路最大耐受量会增加,但由于电流限制值减少,因此,必须注意将装置的过电流跳闸水平设定在该限制值以下。当RG 为标准门极电阻值(Tj=25℃)时,电流限制最小值为额定电流值的2 倍左右。请在注意以上依存性的前提下,选定最适合的门极驱动条件。详情可参阅文章:IGBT驱动技术综述。