IGBT的驱动条件 - IGBT栅极驱动的驱动条件和栅极电阻Rg的作用

　　三、IGBT的驱动条件

　　严格地说，能否充分利用器件的性能，关键取决于驱动电路的设计。前面讲过，理论上VGE≥VGE（th），IGBT即可导通；一般情况下VGE（th）=5~6V，当VGE增加时，通态压降减小，通态损耗减小；但IGBT承受短路电流能力减小；当VGE太大时，可能引起栅极电压振荡，损坏栅极。当VGE减小时，通态压降增加，通态损耗增加。

　　为使通态压降最小，同时IGBT又具有较好的承受短路电流能力，通常选取VGE≥D×VGE（th），当VGE（th）为6V，系数D分别为1.5、2、2.5、3时，VGE则分别为9V、12V、15V、18V；通常栅极驱动电压VGE取12~15V为宜，12V最佳。IGBT关断时，栅极加负偏压，提高抗干扰能力，提高承受dv/dt能力，栅极负偏压一般为-10V。

　　在IGBT栅极驱动电路设计时，应特别注意导通特性、负载短路能力和dv GE/dt引起的误触发等问题。正偏置电压VGE增加，通态电压下降，导通能耗EON也下降，分别如图2a和图4-2b所示。若使VGE固定不变时，导通电压将随集电极的电流增大而增高；导通损耗将随结温升高而升高。

　　

　　图2 正偏置电压VGE（ON）与VCE和EON的关系

　　a）VGE（ON）与VCE的关系b）VGE（ON）与EON的关系

　　IGBT栅极负偏电压-VGE直接影响IGBT的可靠运行，负偏电压增高时集电极的浪涌电流明显下降，对关断能耗无显著影响，-VGE与集电极浪涌电流和关断能耗EOFF的关系分别如图3a和图3b所示。栅极电阻RG增加，将使IGBT的导通与关断时间增加；因而使导通与关断能耗均增加。而栅极电阻减少，则又使di/dt增大，可能引发IGBT误导通，同时RG上的损耗也有所增加。

　　

　　图3-VGE与集电极浪涌电流和关断能耗EOFF的关系

　　a）-VGE与集电极浪涌电流关系b）-VGE与关断能耗Eoff的关系

　　由上述不难得知：IGBT的特性随栅极驱动条件的变化而变化，就像。双极型晶体管的开关特性和安全工作区随基极驱动而变化一样。然而，对于IGBT来说，栅极驱动条件仅对其关断特性略有影响。

　　栅极驱动电路的阻抗，除了引起电流下降时间延迟外，栅极电阻还影响开关损耗。栅极电阻减小时，总损耗将减小。导通损耗主要由MOSFET的特性决定，关断损耗主要由少子决定，导通损耗比关断损耗受栅极电阻的影响更大。为了减小dv/dt的影响，栅极通常应加人一个负偏压。但是，这样要求增加与高压侧开关器件隔离的电源。

　　栅极电压的降低有助于控制IGBT承受短路电流的能力，降低栅极驱动电压，能够减小短路时的集电极电流和功耗。在IGBT栅极串人二极管、电阻网路，就能完成这种功能，并且响应时间小于1μs。在IGBT驱动电路设计应注意以下事项：

　　1） IGBT具有一个2.5~5V的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBTr对栅极电荷非常敏感，故驱动电路的设计必须很可靠，要保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量短。栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响，必须正确选择。当正向驱动电压增大时，IGBT的导通电阻下降，使开通损耗减小；但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流Ic随VGE增大而增大，可能使.IGBT出现擎住效应，导致门控失效，从而造成IGBT的损坏；若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域，使IGBT过热损坏；使用中选12V≤VGE≤18V为好。栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般负偏置电压选-5V为宜。另外，IGBT开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。

　　2） IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载下IGBT的开关频率不宜过大，因为高速开通和关断时，会产生很高的尖峰电压，极有可能造成IGBT或其他元器件被击穿。

　　3） 选择合适的栅极串联电阻RG和栅射电容CG对IGBT的驱动相当重要。RG较小，栅射极之间的充放电时间常数比较小，会使开通瞬间电流较大，从而损坏IGBT；RG较大，有利于抑制dvce/dt，但会增加IGBT的开关时间和开关损耗。合适的CG有利于抑制dic/dt，CG太大，开通时间延时，CG太小对抑制dic/dt效果不明显。

　　4） 当IGBT关断时，栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰，而引起器件误导通，为防止这种现象发生，可以在栅射间并接一个电阻。此外，在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射问并接两只反向串联的稳压二极管，其稳压值应与正负栅压相同。

　　5） 用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压VGE有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT导通后，栅极驱动源应能提供足够的功率，使IGBT因不退出饱和而损坏。

　　6） 驱动电路要能传递几十kHz的脉冲信号。

　　7） 在大电感负载下，IGBT的开关时间不能太短，以限制出di/dt形成的尖峰电压，确保IGBT的安全。

　　8） 由于IGBT在电力电子设备中多用于高压场合，故驱动电路与控制电路在电位上应严格隔离。

　　9） IGBT的栅极驱动电路应尽可能简单实用，最好自身带有对IGBT的保护功能，并要求有较强的抗干扰能力。