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  • IGBT開關過程分析與驅動考慮
    • 發布時間:2021-01-18 18:10:13
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    IGBT開關過程分析與驅動考慮
    IGBT在二極管鉗位感性負載條件下的電路如圖1所示,該電路為IGBT常用電路,可作為IGBT開關特性的測試電路,評估IGBT的開通及關斷行為。圖2為綜合考慮了二極管的恢復特性及雜散電感(Ls)得到的IGBT實際開關波形,可作為設計IGBT驅動電路的參考。首先我們設定IGBT運行在持續的穩態電流條件下,流經感性負載然后流過與感性負載并聯的理想續流二極管。 
    IGBT開關過程
    IGBT二極管鉗位感性負載電路
    圖1. Diode-Clamped inductive load
    IGBT開關過程
    IGBT開關波形
    圖2. IGBT Switching Waveforms
    IGBT的導通波形與MOSFET非常相像,IGBT的關斷特性除了拖尾電流外也與MOSFET類似,下面逐個時間區域說明IGBT動作原理。
    a.導通過程
    t0時間段:
    t0時間段內,門極電流iG對輸入寄生電容Cge、Cgc充電,VGE上升至閾值VGE(th)。VGE被認為線性上升,實際上是時間常數為RG(Cge+Cgc)的指數曲線。在此時間內,VCE及iC不變。導通延遲時間定義為從門極電壓上升至VGG+的10%開始到集電極電流iC上升至Io的10%的為止。因而,大部分導通延遲時間處在t0時間段。
    t1時間段:
     當VGE超過VGE(th)時,柵氧化層下的基區形成溝道,電流開始導通。在此時間內,IGBT處在線性區,iC隨著VGE而上升。iC的上升與VGE的上升有關,最終到達滿載電流Io。在t1和t2時間段,VCE的值相對于Vd略有下降,這是由于回路的雜散電感造成的電壓VLS=LS*diC/dt,產生在LS兩端,與Vd方向相反。當iC上升時,VCE下降的值取決于diC/dt及LS,形狀隨iC形式而變化。
    t2,t3時間段:
     二極管電流iD在t1時間段內開始下降,然而并不能立刻降至0A,因為存在反向恢復過程,電流會反向流動。反向恢復電流疊加至iC上,使t2、t3時間段的iC形式一樣。此刻,二極管兩端的反向電壓增加,IGBT兩端壓降VCE下降,因為Cge在VCE較大時的值較小,VCE迅速下降,因而,此時的dVCE/dt較大。在t3時間內,Cgc吸收及放電門極驅動電流,Cge放電。在t3時間段末尾,二極管的反向恢復過程結束。
    t4時間段:
     該段時間內,iG向Cgc充電,VGE維持在VGE,IO,iC維持在滿載電流Io,而VCE以 (VGG-VGE,Io)/(RGCgc)的速度下降。VCE大幅度下降并有一個拖尾電壓,這是因為Cgc在低VCE時的值較大。
    t5時間段:
     該段時間內VGE再次以時間常數RG(Cge+Cgc,miller)增加直到VGG+,Cgc,miller為密勒電容,由于密勒效應隨著VCE的降低而上升。t5時間內,VCE緩慢下降至集電極-發射極飽和電壓,充分進入飽和狀態。這是因為IGBT晶體管穿過線性區的速度比MOSFET慢,以及密勒電容Cgc,miller的影響。轉載請注明出處:
    IGBT開關過程
    IGBT開通動作過程圖解
    圖3 IGBT開通動作過程圖解
    驅動器啟動過程模擬仿真: 
    IGBT開關過程
    IGBT仿真模型分析結果
    圖4 IGBT仿真模型分析結果
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