我這里只結合實際應用情況對一些問題談談我的理解,不對之處請指教.

IGBT器件如何開通和關閉,速度是快是慢,其實到如今為止,并沒有一個明確結論,最終取決實際應用環(huán)境.

一． 先說開通.誰都知道,理論上開通速度越快,越早進入飽和去,開關損耗越小.收到實際條件所限,開通速度不能做的太快.

1. 柵極雜散電感影響

此電感普遍存在,特別是使用磁耦合的驅動電路尤其明顯.它與柵極電容產生諧振,增加Rg,可以緩解此現(xiàn)象.無論是Lgs,還是Rg,都會影響開通速度,增加開關損耗.圖1.

2. 實際電路影響

使用合理電路,降低Lgs影響,將Rg選擇的很小,是否就解決了問題了呢?還沒有,如圖2,應用于雙管正激的拓撲.

由于變壓器漏感Lts、磁復位引線電感Lds的存在,過高的di/dt,將造成過高的Vce(與Cce產生振蕩).這些電感是很難預測的,為了提高性能,從布線上都是不斷降低它們.能量的降低使得Vce收到限制.如果不能完全解決此問題,需要增加吸收.如圖3吸收的一種.額外增加的電路需要靠近IGBT根部,否則有害無用.吸收的增加增加了損耗,它是否可以抵消由于開通速度的加快造成的影響,需要實際驗證.

(單)雙管正激是硬開關拓撲中,開通速度最快的一種,對應其它拓撲,比如橋式,情況更加糟糕.對于軟開關,尤其是電壓軟開關,增加開通速度是很好的選擇.

二． 再說關閉.關閉速度快慢對IGBT關閉損耗影響不大.

有人說,快速關閉使dv/dt高,會毀壞IGBT.那看什么條件,只有很高dv/dt ,IGBT開關速度跟不上時成立.小了只是負反饋作用,增加驅動上流過的電流而已.由于IGBT、母線上往往有吸收,速度受限.不易產生高dv/dt.真有這么高的dv/dt時,只要驅動電路輸出阻抗足夠低,并不會毀壞柵極.

再有,筆者十幾年從沒有見過由于dv/dt過高造成IGBT失效現(xiàn)象,此種只在理論上成立的假設不要再考慮了.

真實原因是:由于IGBT是少子器件,他不能通過關閉門極來達到快速關閉IGBT目的.因此快速關閉對它無用.

三． 說一說驅動負偏壓

只要控制制好母線電壓瞬態(tài)過沖,IGBT負偏壓不是必須.選擇合理的功率拓撲,比如零流諧振變換器,可以最大限度降低對母線影響.

與MOSFET一樣,負偏壓可以防止母線過高dv/dt造成門極誤導通.筆者說過本人十幾年從沒有見過由于dv/dt過高造成IGBT失效,主要是指對門極影響.

門極驅動往往是低阻抗負載,尤其是有源驅動器,阻抗很低,抗干擾能力很強.負偏壓選擇-5V足以,當然選擇-15V未嘗不可.更高負偏壓會增加驅動損耗.

四． 再論過流保護

1. 高頻變換(不直接接負載)

在設計電路過程中,在IGBT選擇上,幾乎都會在電流上留有余量,而保護點也往往低于IGBT的額定值.所謂3段式保護只在大于2倍額定電流作用較好.在2倍額定電流保護內最好是直接關閉.不僅反映速度快,而且可以逐個脈沖限流.真要是用它的保護,不僅延時時間長,而且由于關閉損耗大,連續(xù)工作要不了多久不壞才怪.

市面上幾乎所有的IGBT驅動器都大肆宣揚所謂3段式保護,可惜在實際應用中,除非你是作為負載開關使用,此功能基本無用.即便是作為負載開關,如果沒有一定條件限制,保護功能也形同虛設.

因此,除非你設計有缺陷,否則,3段式保護無用.

2. 負載開關

IGBT作為負載開關使用時,過流保護復雜得多.IGBT輸出電流取決于門極驅動電壓.3段式保護只在大于2倍額定電流作用較好.門極驅動電壓太高時,使得短路電流過大,由于存在閂鎖現(xiàn)象,柵極關閉不起作用.因此驅動電壓不要太高,不要過度追求導通壓降.使得3段式過流保護不起作用.一般閂鎖現(xiàn)象在輸出電流大于5倍額定電流時有可能出現(xiàn),因此如果想可靠使用3段式過流保護,電流保護點最好小于此點.

但確定柵極電壓與短路電流的關系幾乎是不可能的.作為負載開關,限制電流上升率是一個非常好的措施,它同時限制了短路時間.使短路保護可以有多種選擇,除了3段式保護(本質上是緩關閉),直接快速關閉也可行.

在電流小于2倍額定電流時,采用直接快速關閉的方法更有效.假設400V,100A負載開關,選擇300A的IGBT作為負載開關,1uH電感作為電流上升率限制.則:

di/dt=400A/us.

設100A為保護點,電流小于2倍額定電流,則:

允許關閉最大延時(2*300-100)/400=1.25us.此條件不難滿足.

即:為滿足快速關斷條件,IGBT容量選擇要足夠大,這樣換來更大的保護延時,更小的短路抑制電感.換句話說,如果將保護延時設計的很小,也可以降低短路抑制電感,降低IGBT容量.從而提高可靠性.還是上例,如果保護延時達到200ns則:

實際電流關閉點:100+400*0.2=180A.如果不考慮導通損耗,采用100A的IGBT也可以滿足使用要求.

直接快速關閉沒有大量應用的原因主要是因為驅動器的反應速度不夠快.兼顧反應速度和驅動能力的驅動器市場上極少.JD10系列可以在100ns內關閉300A的IGBT,而關閉腳反映時間只有50ns,即便是在隔離驅動的前級關閉,也只有100ns延時,是市場僅見.

附件:JD10系列MOS、IGBT驅動器主要性能:
? 單管大功率MOS或IGBT模塊驅動器.
? 驅動延時極快:典型開啟延時≤200ns,關閉延時≤100ns.
? 具有最高可達20A的瞬態(tài)驅動能力
? 上升下降沿高達50ns
? 工作占空比0-100%.
? 對輸入信號功率無要求.
? 內置緩沖結構,對驅動上升沿沒有要求.
? 靜態(tài)耗電低.
? 輸出供電電源與信號電源獨立.
? 具有關斷腳,可以在50ns內快速關斷.
詳細資料請咨詢:北京佳合元儀電源設備有限公司,58604525,李,leson_lee@sina.com

詳細:
6431252287249.doc