單正向柵驅(qū)動(dòng)IGBT簡化驅(qū)動(dòng)電路

　設(shè)計(jì)人員可減小多晶體柵極寬度，降低本征JFET的影響，和使用元胞設(shè)計(jì)幾何圖形，從而達(dá)到以上的目標(biāo)。

對兩種1200V NPT IGBT進(jìn)行比較：一種是其他公司的需負(fù)偏置關(guān)斷的器件，一種是IR公司的NPT單正向柵驅(qū)動(dòng)IRGP30B120KD-E。測試結(jié)果表明其他公司的器件在源電阻為56?下驅(qū)動(dòng)時(shí)，dV/dt感生電流很大。

比較寄生電容的數(shù)據(jù)，IR器件的三種電容也有減?。?、

　輸入電容，CIES減小25％
　 輸出電容，COES減小35％
　 反向傳輸電容，CRES減小68％

圖5顯示出IR器件的減小電容與V的關(guān)系，得出的平滑曲線是由于減小了JFET的影響。當(dāng)V＝0V時(shí)，負(fù)偏置柵驅(qū)動(dòng)器件的C為1100pF，IRGP30B120KD-E只有350pF，當(dāng)VCE＝30V時(shí)，負(fù)偏置柵驅(qū)動(dòng)器件的C為170pF，IRGP30B120KD-E的CRES為78pF。很明顯，IRGP30B120KD-E具有非常低的C，因此在相同的dV/dt條件下dV/dt感生電流將非常小。

圖5 IRGP30B120KD-E寄生電容與VCE的關(guān)系

圖6的電路用來比較測試兩種器件的電路性能。兩者的dV/dt感生電流波形也在相同的dV/dt值下得出。

　　電壓率，dV/dt=3.0V/nsec
　　直流電壓，Vbus=600V
　　外部柵到發(fā)射極電阻Rg=56?
　　環(huán)境溫度，TA＝125°C

圖7 其他公司的IGBT的低端IGBT開關(guān)電壓和dV/dt感生電流的18A峰值

圖8 IRGP30B120KD-E IGBT的低端IGBT開關(guān)電壓和dV/dt感生電流的1.9A峰值

dV/dt感生電流的減小清楚說明單正向柵驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勝之處。但在這個(gè)測試中，Co-Pack二極管電流的影響并沒有完全計(jì)算在內(nèi)。為了只顯示出IGBT對整體電流的影響，我們只利用相同的分立式反并聯(lián)二極管再重復(fù)測試，如圖9中的Ice(cntrl)。

圖9 利用相同的分立式Co-Pack二極管產(chǎn)生的dV/dt感生電流

圖10顯示出在沒有IGBT情況下，負(fù)偏置柵驅(qū)動(dòng)器IGBT的I電流。圖11為IRGP30B120KD-E單正向柵驅(qū)動(dòng)器的I電流。兩種情況下的電流都很低，分別為1A和0.8A。

如果從整體IGBT/二極管電流中減去圖10和圖11的二極管電流，結(jié)果是

I（負(fù)偏置柵驅(qū)動(dòng)IGBT）= 18-1 = 17A

　　I（IRGP30B120KD-E）= 1.9-0.8 = 0.8A

　　可見總的減小為17:0.8 = 21:1

　　在相同的測試條件下，當(dāng)柵電壓是在0V或單正向柵驅(qū)動(dòng)情況下，IRGP30B120KD的電路性能顯示dV/dt感生開通電流減小比例為21:1。如果IGBT采用這種方式驅(qū)動(dòng)，電流很小，對功耗的影響幾乎可以忽略。

圖12 柵驅(qū)動(dòng)波形

采用單正向柵驅(qū)動(dòng)IGBT有下列好處：

　　不需要負(fù)偏置
　　驅(qū)動(dòng)器電路成本更低
　　更高的柵抗噪聲功能
　　更高的dV/dt耐容
　　與不能提供負(fù)偏置驅(qū)動(dòng)的IR單片式柵驅(qū)動(dòng)器兼容

圖13 具有電平轉(zhuǎn)換的柵驅(qū)動(dòng)IC電路

上述設(shè)計(jì)對PT和NPT IGBT同樣有效。

　　結(jié)論：

　　單正向柵驅(qū)動(dòng)IGBT是器件發(fā)展的巨大進(jìn)步。IRGP30B120KD-E的C值很低，在單正向柵驅(qū)動(dòng)條件下，其開關(guān)性能非常理想。器件不需要負(fù)偏置柵驅(qū)動(dòng)便能可靠關(guān)斷，即使在集電極的dV/dt為3V/ns。與單片式柵驅(qū)動(dòng)器的兼容性更為橋式變換器和交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供更優(yōu)越和成本更低的解決方案。所以我們期望這些先進(jìn)的IGBT能為新的IC設(shè)計(jì)提供更大的優(yōu)勢。