分析影響IGBT驅動電路性能參數的因素

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展起來的一種新型復合器件。由于它將MOSFET和GTR的優點集于一身， 具有輸入阻抗高、速度快、熱穩定性好、電壓驅動(MOSFET的優點)， 同時通態壓降較低， 可以向高電壓、大電流方向發展(GTR的優點)。因此， IGBT發展很快， 特別是在開關頻率大于1kHz， 功率大于5kW的應用場合具有很大優勢。在全橋逆變電路中， IGBT是核心器件， 它可在高壓下導通， 并在大電流下關斷， 故在硬開關橋式電路中， 功率器件IGBT能否正確可靠地使用起著至關重要的作用。驅動電路就是將控制電路輸出的PWM信號進行功率放大， 以滿足驅動IGBT的要求， 所以， 驅動電路設計的是否合理直接關系到IGBT的安全、可靠使用。為了確保驅動電路設計的合理性， 使用時必須分析驅動電路中的參數。

　　1 柵極電阻和分布參數分析

　　IGBT在全橋電路工作時的模型如圖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是驅動控制信號， U2為母線電壓。

圖1 IGBT的全橋模型

　　1.1 IGBT的導通初態

　　二極管D1導通時， 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Uge可寫成：

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