IGBT開(kāi)關(guān)特性與門極電阻的關(guān)系

       外部門極電阻RG會(huì)影響IGBT的開(kāi)關(guān)特性。IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程就是對(duì)門極輸入電容的充放電過(guò)程，輸入電容在開(kāi)關(guān)過(guò)程中是變化的，而門極電阻可以通過(guò)限制門極脈沖電流（IG）的幅值來(lái)控制IGBT開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間，如圖2所示。

圖2  IGBT開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的門極電流示意圖

圖3  IGBT開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)時(shí)間與門極電阻RG的關(guān)系

       減小門極電阻時(shí)需要考慮大電流快速開(kāi)關(guān)帶來(lái)的di/dt問(wèn)題。過(guò)大的di/dt會(huì)通過(guò)回路雜散電感產(chǎn)生很高的電壓尖峰，這個(gè)尖峰電壓可由公式（1）得出：

       這種電壓尖峰可以在IGBT的關(guān)斷波形中觀察到，如圖4所示，陰影部分的面積代表對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)損耗。過(guò)大的瞬時(shí)電壓尖峰疊加在IGBT的集電極和發(fā)射極上有可能損壞IGBT，尤其是在短路工況時(shí)，大電流關(guān)斷IGBT會(huì)引起很大的di/dt。通常增大門極電阻可以減小Vstray，降低IGBT過(guò)壓失效的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4  IGBT開(kāi)通與關(guān)斷波形

       在半橋拓?fù)渲?，需要在上下橋臂開(kāi)關(guān)切換之間加入互鎖和死區(qū)時(shí)間，這時(shí)需要考慮門極電阻對(duì)開(kāi)關(guān)時(shí)間的影響。比如較大的關(guān)斷電阻RG(off)會(huì)延長(zhǎng)IGBT的下降時(shí)間，這樣實(shí)際的死區(qū)時(shí)間就有可能大于設(shè)置的最小死區(qū)時(shí)間，引起橋臂直通。

       過(guò)快的開(kāi)關(guān)速度帶來(lái)更高的dv/dt和di/dt，會(huì)造成更惡劣的EMI環(huán)境，實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)對(duì)控制電路等產(chǎn)生干擾。圖5描述了di/dt與門極電阻大小的關(guān)系。

圖5  IGBT開(kāi)通關(guān)斷過(guò)程中di/dt與門極電阻的RG的關(guān)系

       表1描述了IGBT開(kāi)關(guān)特性與門極電阻變化的關(guān)系。

表1  IGBT開(kāi)關(guān)特性和門極電阻的關(guān)系