分析影響IGBT驅(qū)動(dòng)電路性能參數(shù)的因素

0 引言

　　IGBT 即絕緣門極雙極型晶體管( IsolatedGate Bipolar Transistor)， 這是八十年代末九十年代初迅速發(fā)展起來的一種新型復(fù)合器件。由于它將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身， 具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓驅(qū)動(dòng)(MOSFET的優(yōu)點(diǎn))， 同時(shí)通態(tài)壓降較低， 可以向高電壓、大電流方向發(fā)展(GTR的優(yōu)點(diǎn))。因此， IGBT發(fā)展很快， 特別是在開關(guān)頻率大于1kHz， 功率大于5kW的應(yīng)用場(chǎng)合具有很大優(yōu)勢(shì)。在全橋逆變電路中， IGBT是核心器件， 它可在高壓下導(dǎo)通， 并在大電流下關(guān)斷， 故在硬開關(guān)橋式電路中， 功率器件IGBT能否正確可靠地使用起著至關(guān)重要的作用。驅(qū)動(dòng)電路就是將控制電路輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大， 以滿足驅(qū)動(dòng)IGBT的要求， 所以， 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的是否合理直接關(guān)系到IGBT的安全、可靠使用。為了確保驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的合理性， 使用時(shí)必須分析驅(qū)動(dòng)電路中的參數(shù)。

　　1 柵極電阻和分布參數(shù)分析

　　IGBT在全橋電路工作時(shí)的模型如圖1所示。

　　RG+Rg是IGBT的柵極電阻， L01、L02、L03是雜散電感(分布電感)， Cgc、Cge、Cce是IGBT的極間電容， U1是驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)， U2為母線電壓。

圖1 IGBT的全橋模型

　　1.1 IGBT的導(dǎo)通初態(tài)

　　二極管D1導(dǎo)通時(shí)， 若Uge為所加的反向電壓值(可記為-Ug2， 正向電壓記為+Ug1)， 集電極電流iC=0， Uce=U2。開通后， U1向Cgc、Cge充電， 此時(shí)Uge可寫成：

　　其中時(shí)間常數(shù)τi= (Rg+RG) (Cge+Cgc)， 只有Uge上升至門檻電壓Uge (th)后， IGBT才會(huì)導(dǎo)通。從上述公式可以看出， Uge的上升速度是和時(shí)間常數(shù)成反比的， 即柵極電阻和輸入電容越大， 上升速度越慢， IGBT開通的時(shí)間就越長。