分析影响IGBT驱动电路性能参数的因素

0 引言

　　IGBT 即绝缘门极双极型晶体管( IsolatedGate Bipolar Transistor)， 这是八十年代末九十年代初迅速发展起来的一种新型复合器件。由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身， 具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动(MOSFET的优点)， 同时通态压降较低， 可以向高电压、大电流方向发展(GTR的优点)。因此， IGBT发展很快， 特别是在开关频率大于1kHz， 功率大于5kW的应用场合具有很大优势。在全桥逆变电路中， IGBT是核心器件， 它可在高压下导通， 并在大电流下关断， 故在硬开关桥式电路中， 功率器件IGBT能否正确可靠地使用起着至关重要的作用。驱动电路就是将控制电路输出的PWM信号进行功率放大， 以满足驱动IGBT的要求， 所以， 驱动电路设计的是否合理直接关系到IGBT的安全、可靠使用。为了确保驱动电路设计的合理性， 使用时必须分析驱动电路中的参数。

　　1 栅极电阻和分布参数分析

　　IGBT在全桥电路工作时的模型如图1所示。

　　RG+Rg是IGBT的栅极电阻， L01、L02、L03是杂散电感(分布电感)， Cgc、Cge、Cce是IGBT的极间电容， U1是驱动控制信号， U2为母线电压。

图1 IGBT的全桥模型

　　1.1 IGBT的导通初态

　　二极管D1导通时， 若Uge为所加的反向电压值(可记为-Ug2， 正向电压记为+Ug1)， 集电极电流iC=0， Uce=U2。开通后， U1向Cgc、Cge充电， 此时Uge可写成：

　　其中时间常数τi= (Rg+RG) (Cge+Cgc)， 只有Uge上升至门槛电压Uge (th)后， IGBT才会导通。从上述公式可以看出， Uge的上升速度是和时间常数成反比的， 即栅极电阻和输入电容越大， 上升速度越慢， IGBT开通的时间就越长。