我這里只結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況對一些問題談?wù)勎业睦斫?不對之處請指教.

IGBT器件如何開通和關(guān)閉,速度是快是慢,其實(shí)到如今為止,并沒有一個(gè)明確結(jié)論,最終取決實(shí)際應(yīng)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(jìn)入飽和去,開關(guān)損耗越小.收到實(shí)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(qū)動(dòng)電路尤其明顯.它與柵極電容產(chǎn)生諧振,增加Rg,可以緩解此現(xiàn)象.無論是Lgs,還是Rg,都會(huì)影響開通速度,增加開關(guān)損耗.圖1.

2. 實(shí)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(yīng)用于雙管正激的拓?fù)?

由于變壓器漏感Lts、磁復(fù)位引線電感Lds的存在,過高的di/dt,將造成過高的Vce(與Cce產(chǎn)生振蕩).這些電感是很難預(yù)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(shí)際驗(yàn)證.

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

二． 再說關(guān)閉.關(guān)閉速度快慢對IGBT關(guān)閉損耗影響不大.

有人說,快速關(guān)閉使dv/dt高,會(huì)毀壞IGBT.那看什么條件,只有很高dv/dt ,IGBT開關(guān)速度跟不上時(shí)成立.小了只是負(fù)反饋?zhàn)饔?增加驅(qū)動(dòng)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(chǎn)生高dv/dt.真有這么高的dv/dt時(shí),只要驅(qū)動(dòng)電路輸出阻抗足夠低,并不會(huì)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(shè)不要再考慮了.

真實(shí)原因是:由于IGBT是少子器件,他不能通過關(guān)閉門極來達(dá)到快速關(guān)閉IGBT目的.因此快速關(guān)閉對它無用.

三． 說一說驅(qū)動(dòng)負(fù)偏壓

只要控制制好母線電壓瞬態(tài)過沖,IGBT負(fù)偏壓不是必須.選擇合理的功率拓?fù)?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(fù)偏壓可以防止母線過高dv/dt造成門極誤導(dǎo)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(qū)動(dòng)往往是低阻抗負(fù)載,尤其是有源驅(qū)動(dòng)器,阻抗很低,抗干擾能力很強(qiáng).負(fù)偏壓選擇-5V足以,當(dāng)然選擇-15V未嘗不可.更高負(fù)偏壓會(huì)增加驅(qū)動(dòng)損耗.

四． 再論過流保護(hù)

1. 高頻變換(不直接接負(fù)載)

在設(shè)計(jì)電路過程中,在IGBT選擇上,幾乎都會(huì)在電流上留有余量,而保護(hù)點(diǎn)也往往低于IGBT的額定值.所謂3段式保護(hù)只在大于2倍額定電流作用較好.在2倍額定電流保護(hù)內(nèi)最好是直接關(guān)閉.不僅反映速度快,而且可以逐個(gè)脈沖限流.真要是用它的保護(hù),不僅延時(shí)時(shí)間長,而且由于關(guān)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(qū)動(dòng)器都大肆宣揚(yáng)所謂3段式保護(hù),可惜在實(shí)際應(yīng)用中,除非你是作為負(fù)載開關(guān)使用,此功能基本無用.即便是作為負(fù)載開關(guān),如果沒有一定條件限制,保護(hù)功能也形同虛設(shè).

因此,除非你設(shè)計(jì)有缺陷,否則,3段式保護(hù)無用.

2. 負(fù)載開關(guān)

IGBT作為負(fù)載開關(guān)使用時(shí),過流保護(hù)復(fù)雜得多.IGBT輸出電流取決于門極驅(qū)動(dòng)電壓.3段式保護(hù)只在大于2倍額定電流作用較好.門極驅(qū)動(dòng)電壓太高時(shí),使得短路電流過大,由于存在閂鎖現(xiàn)象,柵極關(guān)閉不起作用.因此驅(qū)動(dòng)電壓不要太高,不要過度追求導(dǎo)通壓降.使得3段式過流保護(hù)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(shí)有可能出現(xiàn),因此如果想可靠使用3段式過流保護(hù),電流保護(hù)點(diǎn)最好小于此點(diǎn).

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

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

di/dt=400A/us.

設(shè)100A為保護(hù)點(diǎn),電流小于2倍額定電流,則:

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

即:為滿足快速關(guān)斷條件,IGBT容量選擇要足夠大,這樣換來更大的保護(hù)延時(shí),更小的短路抑制電感.換句話說,如果將保護(hù)延時(shí)設(shè)計(jì)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(hù)延時(shí)達(dá)到200ns則:

實(shí)際電流關(guān)閉點(diǎn):100+400*0.2=180A.如果不考慮導(dǎo)通損耗,采用100A的IGBT也可以滿足使用要求.

直接快速關(guān)閉沒有大量應(yīng)用的原因主要是因?yàn)轵?qū)動(dòng)器的反應(yīng)速度不夠快.兼顧反應(yīng)速度和驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)器市場上極少.JD10系列可以在100ns內(nèi)關(guān)閉300A的IGBT,而關(guān)閉腳反映時(shí)間只有50ns,即便是在隔離驅(qū)動(dòng)的前級關(guān)閉,也只有100ns延時(shí),是市場僅見.

附件:JD10系列MOS、IGBT驅(qū)動(dòng)器主要性能:
? 單管大功率MOS或IGBT模塊驅(qū)動(dòng)器.
? 驅(qū)動(dòng)延時(shí)極快:典型開啟延時(shí)≤200ns,關(guān)閉延時(shí)≤100ns.
? 具有最高可達(dá)20A的瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)能力
? 上升下降沿高達(dá)50ns
? 工作占空比0-100%.
? 對輸入信號功率無要求.
? 內(nèi)置緩沖結(jié)構(gòu),對驅(qū)動(dòng)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(dú)立.
? 具有關(guān)斷腳,可以在50ns內(nèi)快速關(guān)斷.
詳細(xì)資料請咨詢:北京佳合元儀電源設(shè)備有限公司,58604525,李,leson_lee@sina.com

詳細(xì):
6431252287249.doc