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    IGBT門極驅動到底要不要負壓

    作者:時間:2022-05-23來源:英飛凌收藏

    【導讀】先說結論,如果條件允許還是很建議使用負壓作為IGBT關斷的。但是從成本和設計的復雜度來說,很多工程師客戶希望不要使用負壓。下面我們從門極寄生導通現象來看這個問題。

    本文引用地址:http://www.rethinkthailand.com/article/202205/434353.htm


    IGBT是一個受門極電壓控制開關的器件,只有門極電壓超過閾值才能開通。工作時常被看成一個高速開關,在實際使用中會產生很高的電壓變化dv/dt和電流變化di/dt。電壓變化Dv/dt通過米勒電容CCG電容產生分布電流灌入門極,使門極電壓抬升,可能導致原本處于關斷狀態的IGBT開通,如圖1所示。電流變化di/dt可以通過發射極和驅動回路共用的電感產生電壓,影響門極,如圖2。


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    圖1.米勒導通


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    圖2.發射極引線電感帶來的感生電動勢


    應對米勒電流引起的誤導通,目前普遍的方法是用米勒鉗位,既在某個器件不需要開通的時候給予一個低阻抗回路到電源參考地。如圖3,在IGBT處于關斷的時候,晶體管T受控導通,以實現門極GE之間低阻狀態。


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    圖3.米勒鉗位


    對于電流變化di/dt作用于門極的情況,因為門極回路里包含有電感和G、E之間的電容,將構成一個二階電路。一般正常情況下,門極電阻Rg>2√(L?C)。但是如果這時候使用了第一種方案中的米勒鉗位電路,那么會形成一個低阻尼的二階回路,從而是門極的電壓被抬得更高。


    我們用圖4的波形來說明門極產生的寄生電壓現象。仿真在半橋電路下進行,其中綠色的第4通道,紅色的第2通道以及藍色的第3通道分別是開通IGBT的門極電壓、IC電流以及VCE電壓。而黃色的第1通道是同一橋臂上對管的門極電壓,可以看到有兩個正向的包和一個負向的坑。其中第1個包和第1個坑就是由于發射極的電感引起的,在時序正好對應了兩次電流的變化。而第2個包則是由dvCE/dt帶來的寄生影響,可以通過米勒鉗位來抑制,也可以用關斷負壓解決。但對于前兩個尖峰,用米勒鉗位效可能會使峰值更高。圖5(a)和(b)分別是無米勒鉗位和有米勒鉗位的波形,從橘色的波形表現來看,用米勒鉗位對解決米勒導通非常有效,但對寄生電感引起的門極電壓尖峰則效果不佳。特別是第2個向下的峰值很重要,我們接著分析。


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    圖4.實測門極寄生電壓


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    圖5(a) 無miller鉗位


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    圖5(b) 使用miller鉗位


    由于受模塊內部發射極綁定線的影響,上面的測量都是在外部端子上的,內部G、E上到底如何呢?我們將借助仿真來展現。圖6和圖7分別是仿真電路測試點和測得的內部電壓波形??梢钥匆妰炔块T極電容上的電壓和外部測得的剛好是相反的。之前那個向下的尖峰才是真正會帶來門極電壓提高的關鍵!


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    圖6.仿真電路


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    圖7.仿真波形


    那加上米勒鉗位功能后效果怎么樣呢?請參考圖8,實線是用了miller功能的,虛線是沒有用miller功能的,峰值更大,增加了寄生導通的風險??磥砻桌浙Q位無法解決di/dt引起的寄生導通問題。這種情況下,只能仰仗負壓關斷,或者增大Rg來放慢di/dt了。


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    圖8.米勒鉗位使用與否的仿真對比


    在實際產品中,特別是小功率的三相橋模塊產品,基本發射極都不是Kelvin結構,連接結構復雜,如圖9所示,非常容易出現di/dt引起的寄生導通現象。好在這種小模塊使用的時候都會加上不小的門極電阻,從而限制了開關斜率。而大功率模塊一般都會有輔助Emitter腳,驅動回路里不會出現大電流疊加。


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    圖9.實際三相橋模塊的內部電感分布示意圖


    總結一下,對于米勒電流引起的寄生導通,在0V關斷的情況下,可以使用米勒鉗位來抑制。當出現非米勒電流引起的寄生導通時,如果不想減慢開關速度增加損耗的話,加個負壓會是一個極其便利的手段。




    關鍵詞: 英飛凌 門極驅動

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