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IGBT 栅极驱动的参数要求和驱动条件 1．驱动电路的基本性能 IGBT 器件的发射极和栅极之间是绝缘的二氧化硅结构，直流电不能通过，因而低频 的静态驱动功率接近于零。但是栅极和发射极之间构成了一个栅极电容CGs，因而在高频 率的交替导通和关断时需要一定的动态驱动功率。小功率IGBT 的CGs 一般在10~l00pF 之内，对于大功率的绝缘栅功率器件，由于栅极电容CGs 较大，在 1~l00pF，甚至更大， 因而需要较大的动态驱动功率。 IGBT 栅极电压可由不同的驱动电路产生，栅极驱动电路设计的优劣直接关系到由IGBT 构 成的系统长期运行可靠性。正向栅极电压的值应该足够令IGBT 产生完全饱和，并使通态损 耗减至最小，同时也应限制短路电流和它所带来的功率应力。 IGBT 正栅压VGE越大，导通电阻越低，损耗越小。但是，如果VGE过大，一旦IGBT 过 流，会造成内部寄生晶闸管的静态擎柱效应，造成IGBT 失效。相反如果VGE过小，可能 会使IGBT 的工作点落人线性放大区，最终导致器件的过热损坏。在任何情况下，开通时的 栅极驱动电压，应该在 12~20V 之间。 当栅极电压为零时，IGBT 处于断态。由于IGBT 的关断过程可能会承受很大的dv/dt， 伴随关断浪涌电流，干扰栅极关断电压，可能造成器件的误开通。为了保证IGBT 在集电极 -发射极电压上出现dv/dt 噪声时仍保持关断，必须在栅极上施加一个反向关断偏压，采用反 向偏压还可减少关断损耗。反向偏压应该在—5~—15V 之间。理想的心鄒驱动再路应具有 以下基本性能： 1)要求驱动电路为IGBT 提供一定幅值的正反向栅极电压VGE。理论上 VGE≥VGE(th），IGBT 即可导通；当VGE太大时，可能引起栅极电压振荡，损坏栅极。 正向VGE越高，IGBT 器件的VGES 越低，越有利于降低器件的通态损耗。但也会使IGBT 承受短路电流的时间变短，并使续流二极管反向恢复过电压增大。因此正偏压要适当，一般 不允许VGE超过+20V。关断IGBT 时，必须为IGBT 器件提供—5~—15V 的反向VGE， 以便尽快抽取IGBT 器件内部的存储电荷，缩短关断时间，提高IGBT 的耐压和抗干扰能力。 采用反偏压可减少关断损耗，提高IGBT 工作的可靠性。 2)要求驱动电路具有隔离的输入、输出信号功能，同时要求在驱动电路内部信号传输 无延时或延时很小。 3)要求在栅极回路中必须串联合适的栅极电阻RG，用以控制VGE 的前后沿陡度，进 而控制IGBT 器件的开关损耗。RG增大，VGE前后沿变缓，IGBT 开关过程延长；开关损 耗增加；RG减小，VGE前后沿变陡，IGBT 器件开关损耗降低，同时集电极电流变化率增 大。较小的栅极电阻使得IGBT 的导通di/dt 变大，会导致较高的dv/dt，增加了续流二极管 恢复时的浪涌电压。因此，在设计栅极电阻时要兼顾到这两个方面的问题。因此，RG 的选 择应根据IGBT 的电流容量、额定电压及开关频率，一般取几欧姆到几十欧姆。 4)驱动电路应具有过压保护和dv/dt 保护能力。当发生短路或过电流故障时，理想的驱 动电路还应该具备完善的短路保护功能。 2．栅极驱动功率 IGBT 要消耗来自栅极电源的功率，其功率受栅极驱动负、正偏置电压的差值△VGE、 栅极总电荷Qc 和工作频率Fs 的影响。驱动电路电源的最大峰值电流IGPK为 IGPK ± （△VGE/RG） 驱动电路电源的平均功率PAV 为 PAV AVCE×Qc×Fs 驱动电路电源应稳定，能提供足够高的正负栅压，电源应有足够的功率，以满足栅极 对驱动功率的要求。在大电流应用场合，每个栅极驱动电路最好都采用独立的分立的隔离电 源。驱动电路的电源和控制电路的电源应独立设置，以减小相互间的干扰，推荐使用带多路 输出的开关电源作为驱动电路电源。 3.栅极电阻 分析IGBT 的开关特性可以看出，Rc 直接影响IGBT 的工作情况。为提高开关频率， RG 取值应该尽量小。但如果RG 取值过小，会导致栅—射极之间的充放电时间常数小，开 通瞬问电流较大，从而损坏IGBT。若RG 取值过大，虽然在抑制dv/dt 方面很有效果，但 增加了IGBT 的开关时间和开关损耗，严重影响IGBT 的性能和工作状态。RG 的具体的值 应该根据应用的实际情况选取最