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IGBT的驱动与保护技术 盛祖权 西安电力电子技术研究所 (西安710061) 摘要：本文对IGBT的栅极驱动特性、栅极串联电阻及IGBT的驱动电路进行了探讨。给出了过电流保 护及换相过电压吸收的有效方法。 叙词：IGBT驱动保护 关电路和开通波形。 1引言 IC．BI是t瞄FET与双极晶体管的复合器件。它既有MOS- FEr易驱动的特点．又具有功率晶体管管电压高、电瘴容量大的 优点。其频率特性介于M0鲫与功率晶体臂间，可正常工作 于几十KHz撬率范围内，敌在较高额率的大、中功率应用中占 据了主要地位。 IC,BT是电压控制型器件，在它的橱一射极问施加十几伏直 流电压时，只会有毫擞安级的瀑电流流过，其本上不清耗功率。 但IGWF的横一射极问存在着较大的电容量(几千至上万谚)， 在驱动脉冲电压的上升及下降沿需提供教安培的充放电电藏． 才能满足它开通和关断的动态要求，使得它的驱动电路也必需 输出一定的峰值电流。 图1 IGBT开关等效电路和开通波形 IGBT作为～种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生 在to时刻攮极驱动电压开始上升，此时影响糖极电压玑x 镇定现象而造成损坏的问题。在过流时如采用一般的速度封锁 上升斜率的主要因素只有毗和c勰，橱极电压上升较快。在‘I 嚣撅电压会因过高的电流变化亭引起过电压，从而需要关斯等 时达刊l鲫的橱极门羹电压，集电极电流开始上升。从此时开 特殊要求。因而掌嚣好IGBT的驱动和保护特性是使用好它的关 键。只有在充分利用和满足其特点、要求的情况下，才能使B 始有两个原因使￡k波形偏离原有轨迹。首先是射极杂散电感 k上的感应电压，此电压随着集电极电流i。的增加而增大，它 砑展现出优点并获得较高的可靠性。 抵消了外加的橱极驱动电压．并且降低了直接加在橱一射螭的 电压U诬的上升率。这是一个负反馈的作用。集电极电流的增 2栅极特性 加使h产生一个抵消■掇电压的电压，并藏缓了集电极电巍的 IC,SF的持桎通过一层氯化膜与射投实现电隔离。由于此增长。 氧化层很薄。其击穿电压一般只能达20～30V，因此膏摄击穿是 另一个影响橱板驱动电压的因素是■一集电容c吼的“密 1GBT失效的常见原因之一。在应用中有时虽然保证了督掇驱 勒”效应。屯时刻时集电极电流达到量大值，集一射电压％E开 动电压没有超过据极量大额定电压，但鼍极连线的寄生电感和 始下降。集一射电压u岱的下降使糟一集电容c伍放电，在驱动 橱一集极间的电容偶合．也会产生使氧化层损坏的振荡电压。 电路中增加了Coc的容性电藏，使得在驱动电路内阻抗上的压 为此通常采用绞线来传送驱动信号：以减小莲线电感。在栅极 降增加，造成■一射电压砜E降低。显然，●一摄驱动电路的阻 连线中串联小阻值电阻或小盛环也可以抑制振荡电压。在橱一 抗越低，这种效应舂弱，此效应一直维持到13时蒯后仉l的下降 射极问并联反串联的稳压臂或旁路电阻也是吸收措极过电压的 结束，厶达到稳态值，影响■楹电压已h的因素消失，此后￡k 有效措施。 以较快的上升率达到最大值。 IGBT的艟一射和梧一集极问存在着电容c伍和ccc，在它 由围1波形田可以看出，由于LE和ccc的存在，在IGBT的 的射极回路中存在着漏电瘟LE，由于这些分布参数的影响，使 实际运行中u罐的上升率藏缓了许多，这种阻碍驱动电压上升 得IC,BT的驱动波形与理想驱动波形产生了较大的变化。并产生的效应，表现为对集电极电流上升及开通过程的阻碍。为了减 了不利于IGffr开通和关断的因素。这可以用带续流二极管的缓此效应，