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浅析栅极电阻RG对IGBT开关特性的功用影响

发布时间:2024-12-09 07:58:22   来源:星空体育平台官网

  用于操控、调理和开关意图的功率半导体器材需求更高的电压和更大的电流。功率半导体器材的开关动作受栅极电容的充放电操控。而栅极电容的充放电一般又受影响IGBT的开关时刻、开关损耗及各种其他参数,从电磁搅扰EMI到电压和电流的改变率。因而,栅极电阻有必要依据详细使用的参数十分细心地挑选和优化。

  IGBT开关特性的设定可受外部电阻RG的影响。因为IGBT的输入电容在开关期间是改变的,有必要被充放电,栅极电阻经过约束导通和关断期间栅极电流(IG)脉冲的幅值来决议充放电时刻(见图1)。因为栅极峰值电流的添加,导通和关断的时刻将会缩短且开关损耗也会削减。减小RG(on)和RG(off)的阻值会增大栅极峰值电流。当减小栅极电阻的阻值时,需求细心考虑的是当大电流被过快地切换时所发生的电流上升率di/dt。电路中存在杂散电感在IGBT上发生大的电压尖峰,这一作用可在图2所示的IGBT关断时波形图中观察到。图中的暗影部分显现了关断损耗的相对值。集电极-发射极电压上的瞬间电压尖峰或许会损坏IGBT,特别是在短路关断操作的情况下,因为di/dt比较大。可经过添加栅极电阻的值来减小Vstray。因而,消除了因为过电压而带来的IGBT被损毁的危险。快速的导通和关断会别离带来较高的dv/dt和di/dt,因而会发生更多的电磁搅扰(EMI),然后或许会引起电路毛病。表1显现不同的栅极电阻值对di/dt的影响。

  续流二极管的开关特性也受栅极电阻的影响,并约束栅极阻抗的最小值。这在某种程度上预示着IGBT的导通开关速度只能提高到一个与所用续流二极管反向康复特性相兼容的水平。栅极电阻的减小不只增大了IGBT的过电压应力,并且因为IGBT模块中diC/dt的增大,也增大了续流二极管的过压极限。使用特别规划和优化的带软康复功用的CAL(可控轴向寿数)二极管,使得反向峰值电流减小,然后使桥路中IGBT的导通电流减小。

  栅极驱动电路的驱动器输出级是一种典型的规划,采用了两个按图腾柱方式装备的MOSFET,如图3所示。两个MOSFET的栅极由相同的信号驱动。当信号为高电平时,N通道MOSFET导通,当信号为低电平时,P通道MOSFET导通,由此发生了两个器材推挽输出的装备。MOSFET的输出级可有一路或两路输出。据此可完成具有一个或两个栅极电阻(导通,关断)的用于对称或不对称栅极操控的解决方案。



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