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如何正确计算并最大限度减小IGBT的死区时间(2)


2.3  门极驱动电阻驱动器输出阻抗的影响
门极驱动电阻的选择将对开关延迟时间产生明显的影响。一般来讲,电阻越大,延迟时间越长。建议在应用中对专用的门极驱动电阻的延迟时间进行测量。一个典型的开关时间vs.门极驱动电阻的图形如图所示:
开关时间vs.Rg@25度
图4 开关时间vs.Rg@25度
开关时间vs.Rg@125度
图5 开关时间vs.Rg@125度
这里所有的测试均使用FP40R12KT3模块,门极驱动电压为-15V/+15V,直流侧电压为600V,开关电流为额定电流40A。
2.4  影响延迟时间的其它因素
除了门极驱动电阻,还有其它因素对延迟时间有显著的影响:
 集电极电流
 门极驱动电压
2.4.1 开通延迟时间
为了估计这个关系,要进行一系列的测量。首先对开通延迟时间与集电极电流的关系进行了测试。结果显示如下:
开通延迟时间vs.开关电流Ic
图6  开通延迟时间vs.开关电流Ic
所有的测试均使用FP40R12KT3模块,直流侧电压为600V,门极驱动电阻根据数据手册选择。
从上面的测试结果可知,随着集电极电流的变化,开通延迟时间几乎为固定值。使用-15V/+15V的门极驱动电压,开通延迟时间比使用0V/+15V的驱动电压来得长。进一步计算控制死区时间时,由于这个影响很小甚至它还可以提供一定裕量,因此集电极电流对延迟时间的影响可以忽略不计。
2.4.2 关断延迟时间
在死区时间的计算当中,最重要的因素是最大关断延迟时间。因为这个数值几乎决定最终计算出来的死区时间的长度。所有我们将对这一延迟时间进行详细分析。
为了获得最大的关断延迟时间,要进行以下分析:
1. 由本身引起的开通延迟时间是多长、会引起什么?
为了回答这个问题,在实验室使用一块测试IGBT特性用的电路驱动板进行了以下测试。将这个电路驱动板看做一个理想的驱动器,这意味着这个驱动器并不产生延迟(这对于一个带载能力足够大的驱动板,是完全可能的),因此所有的延迟时间可以看做是由IGBT本身引起的。以下电路图显示了测试结构:
使用理想驱动器的测试电路图
图7 使用理想驱动器的测试电路图
2. 如果IGBT的阈值电压为数据手册中的最小值,那么最大关断延迟时间指的是什么?(这个值反映了模块间Vth允许的误差)
为了解答这个问题,接入一个额外的二极管来减小Vth的值。二极管的电压降约为0.7~0.8V,这与FP40R12KT3模块的Vth变化十分相似。下列电路图显示了测试原理:
模拟最坏情况下变化的Vth电路图
图8 模拟最坏情况下变化的Vth电路图
3. 驱动器输出电平对开关时间有何影响?
为了回答这个具体的问题,我们将市面上的驱动器分成两种,一种是为MOSFET输出电平,另一种为双极晶体管输出电平。我们对每一种分别进行了测量。
为了模拟MOSFET输出电平的驱动器,接入另一个额外的电阻,并将其当成MOSFET的导通电阻Rd(on)。保留模拟Vth变化的二极管。下列电路图显示了测试原理:
模拟Vth变化及MOSFET输出驱动器的测试电路图
图9 模拟Vth变化及MOSFET输出驱动器的测试电路图
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