【慧聰電子網】用于控制、調節(jié)和開關的功率半導體器件需要較高的電壓和較大的電流。功率半導體器件的開關動作受柵極電容的充放電控制,而柵極電容的充放電通常又受柵極電阻的控制。通過使用典型的+15V控制電壓(UG(on)),IGBT導通,負輸出電壓為-5、-8、-15V時,IGBT關斷。IGBT的動態(tài)性能可通過柵極電阻值來調節(jié)。柵極電阻影響IGBT的開關時間、開關損耗及各種其他參數(shù),從電磁干擾(EMI)到電壓和電流的變化率。因此,柵極電阻必須根據(jù)具體應用的參數(shù)仔細地選擇和優(yōu)化。

    1. 柵極電阻影響IGBT開關特性

    每個IGBT開關特性的設定受外部電阻RG的影響。由于IGBT的輸入電容在開關期間是變化的,必須被充放電,柵極電阻通過限制導通和關斷期間柵極電流(IG)脈沖的幅值來決定充放電的時間(見圖1)。由于柵極峰值電流的增加,導通和關斷的時間將會縮短且開關損耗也會減少,減小RG(on)和RG(off)的阻值會增大柵極峰值電流。當減小柵極電阻的阻值時,需要考慮的是大電流被過快地切換時所產生的電流隨時間變化特性di/dt。電路中存在雜散電感在IGBT上產生大的電壓尖峰,這一效果可在圖2所示的IGBT關斷時波形圖中觀察到。圖中的陰影部分顯示了關斷損耗的相對值。集電極-發(fā)射極電壓UCE上的瞬間電壓尖峰可能會損壞IGBT,特別是在短路關斷操作的情況下,可以通過增加柵極電阻的值來減小Ustray,以消除由于過電壓帶來的IGBT被損毀的風險。快速的導通和關斷會導致du/dt和di/dt較高,因此會產生更多的電磁干擾(EMI),從而可能導致電路故障。

使用柵極電阻控制IGBT開關

    保護IGBT的續(xù)流二極管的開關特性也受柵極電阻的影響,并限制柵極阻抗的最小值。這意味著IGBT的導通開關速度只能提高到一個與所用續(xù)流二極管反向恢復特性相兼容的水平。柵極電阻的減小不僅增大了IGBT的過電壓應力,而且由于IGBT模塊中diC/dt的增大,也增大了續(xù)流二極管的過壓極限。通過使用特殊設計和優(yōu)化的帶軟恢復功能的CAL(可控軸向壽命)二極管,可以使得反向峰值電流小,從而使橋路中IGBT的導通電流小。

責任編輯：趙博

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