教程:减轻igbt输出驱动器中的寄生打开效应，以提高驱动器性能

底部IGBT寄生开因米勒电容器

在大多数工业电机应用中面临的共同问题之一是绝缘栅双极晶体管(IGBT)输出晶体管中寄生米勒电容引起的交叉导电现象。下面的教程研究了使用四种不同的技术来减轻由于米勒电容器造成的寄生接通的影响的技术和经济权衡。

1200 V igbt通常用于大多数三相电机逆变器应用。这些工业产品不仅需要安全绝缘和隔音，还需要控制和特殊保护功能，以确保可靠运行。在典型的工业电机应用中，米勒电容器在IGBT开关期间导致dV/dt穿通。这种效果在单电源门驱动器(0到+15V)中很明显。由于这种栅极-集电极耦合，IGBT关断过程中产生的高dV/dt瞬态可能会诱导寄生导通效应，这是潜在的危险。这种效应将导致IGBT穿透两个IGBT，这可能会损坏它们。

当接通上部IGBT时，下部IGBT会发生电压变化dVCE/dt。电流通过寄生米勒电容器、上部IGBT、栅极电阻和内部驱动栅极电阻产生栅极电阻上的压降。如果该电压超过IGBT栅极阈值电压，就会发生寄生导通。设计人员应该意识到，IGBT芯片温度的升高会导致栅极阈值电压的轻微降低，通常在每°C毫伏的范围内。IGBT电压阈值越低，启动IGBT所需的驱动电压越低。因此，IGBT的穿射会更频繁，寄生开启很容易影响IGBT。

上述问题有三种经典解决方案;第一种是改变栅极电阻，第二种是在栅极和发射极之间添加电容，第三种是使用负栅极驱动器。第四种简单有效的方法是主动夹钳技术。

单独的门电阻开关

增加栅极电阻会影响IGBT导通过程中的电压和电流变化。增加这个电阻可以减少电压和电流的变化，但也会增加开关损耗。

分开开和关门电阻

栅极和发射极之间的额外电容

负供电电压

主动米勒夹紧使用额外的晶体管

通过减小闸关电阻可以防止寄生接通。较小的栅极电阻也将减少IGBT关断期间的开关损耗。然而，由于杂散电感，快速关闭的代价是关闭过程中更高的超调量和振荡。过高的超调电压和振荡是一种负面行为，因为它可能会使IGBT最大额定电压要求更高。因此，需要在低寄生米勒电压、开关损耗、过冲电压和通关闸电阻的电压振荡之间进行一些设计优化。因此，这不是一个理想的解决方案。

附加栅发射极电容器

在栅极和发射极之间增加电容将影响IGBT的开关行为。它的工作是吸收来自米勒电容的额外电荷。然而，达到阈值电压所必需的栅极电荷会增加。这增加了所需的驱动功率，并且对于相同的栅极电阻，IGBT显示出更高的开关损耗。

负电源

使用负栅电压来安全关断和阻断IGBT通常用于标称电流超过100 A的应用。由于成本原因，负栅电压通常不用于低于100 A的IGBT应用。负电源电压的增加增加了设计的复杂性。

主动铣床夹具

通过缩短栅极到发射极的路径，提出了另一种防止不必要的IGBT接通的措施。这可以通过在栅极和发射极之间增加一个晶体管来实现。这个“开关”在达到一定的门-发射极电压后使门-发射极区域短路。通过米勒电容的电流由晶体管分流，而不是通过输出驱动管脚。这种技术被称为主动米勒钳。

与早期的栅极电阻和电容解决方案不同，米勒钳将拉栅极电压到一个低值，直到达到固定栅极阈值。因此，与固定栅和电容器设计相比，这可以被视为一种通用的解决方案，在不同的操作条件下工作。唯一的缺点是增加了晶体管和无源元件，这将增加设计尺寸。

栅极电阻和栅极发射极电容解决方案通常用于较小的功率应用(IGBT额定功率小于25 A)和对成本更敏感的设计。负电源和有源米勒钳更适合中高功率应用，如工业电机控制，不间断电源和工业逆变器，其中保护和安全性超过成本。

有源米勒解决方案是一个成本较低的替代方案，增加负电压供应。然而，对于标称IGBT电流高于120 A的应用，可以使用双电源(包括负电源电压)的栅极驱动器，因为成本敏感性显著降低。此外，对于更大IGBT额定值的更高电流米勒钳晶体管的要求也应予以考虑。

近年来，集成IGBT门驱动器包括有源米勒钳解决方案以及去饱和保护和欠压锁定。这种方法有助于降低许多电源设计人员和工业/消费制造商的设计复杂性和产品尺寸。

引用:
1.Avago Gate Optocoupler DatasheetAcpl-332j / acpl-331j
2.主动铣床夹具， Avago应用说明AN5315
3.赛米控应用手册第三章驱动程序
4.赛米控应用手册，第一章功率半导体基础知识

相关的控制工程知识库:“交流驱动器中的谐波缓解”解释了在可调速驱动器在整个工厂产生问题之前抑制电压畸变的必要性。

- - - - - -加里啊,安华高科技，
控制工程机械控制通讯(阅读最新的;使用页面顶部的链接免费订阅。)

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。