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IGBT开关过程分析及驱动考虑(2)


b.关断过程
t6时间段:
这段时间为关断延迟时间,VGE以时间常数RG (Cge+Cgc,miller)从VGG+下降到VGE,Io,VCE及iC都保持不变。
t7时间段:
VCE开始上升,速度可由RG控制,如下式:
t8时间段:
VCE保持在Vd,iC开始下降,速度也可由RG控制,如下式:
如导通瞬间一样,t7与t8时间段会产生尖峰电压VLS= LS×diC/dt,叠加在IGBT集电极-发射极两端,这是iC两个下降阶段的第一个,是MOSFET电流部分消失的过程。
t9时间段:
IGBT电流iC中的BJT部分消失的过程,该电流常被称为拖尾电流。是由注入在N-漂移区中的少子(空穴)复合行为形成的电流。因此,IGBT的开关特性劣于功率MOSFET。
IGBT驱动需要满足的性能:
IGBT驱动电压及电流波形
图5 IGBT驱动电压及电流波形
1、要有效驱动IGBT,则驱动器的供给能量至少要满足IGBT的驱动损耗要求;
2、IGBT驱动时驱动电流会存在一个较明显的电流尖峰,驱动器要有能力满足启动时的电流尖峰的要求;
从目前主流IGBT驱动器的产品来看,IGBT驱动器应该具有的基本保护功能主要是:
1、欠压功能,包括原边输入电压欠压,副边(即IGBT端)欠压功能;
2、短路保护,也叫做退饱和检测及保护;
3、有源钳位以及米勒钳位保护;
这三种是最主要的保护功能。各自的侧重面不一样。
IGBT驱动器为什么要设计这些繁琐的保护功能?这是因为IGBT本身的特性决定的。IGBT可以看作是在MOSFET芯片的基础之上再加了一个晶闸管。主要目的是想利用MOSFET易驱动易关断的特点,以及晶闸管皮实耐用的特点。不可否认,IGBT确实继承了这些优点。
从等效模型来看,可以看作输入为MOSFET,输出为PNP三极管。但是由于IGBT芯片较MOSFET复杂,带来的后果是IGBT的寄生参数大。且又由于IGBT应用在高电压大电流的场合,因此过快的di/dt或dv/dt再结合IGBT本身较大的寄生参数,问题就出来了。
因此必须要在IGBT驱动器上下功夫。而IGBT驱动器本身又是电路组成,会引入干扰和寄生参数,尤其是在高频共模干扰的情况下,会引起IGBT损坏。IGBT驱动器的设计是难点。原理并不难。难得是如何处理减小寄生参数以及共模干扰等的影响。
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