单正向栅驱动IGBT简化驱动电路

　设计人员可减小多晶体栅极宽度，降低本征JFET的影响，和使用元胞设计几何图形，从而达到以上的目标。

对两种1200V NPT IGBT进行比较：一种是其他公司的需负偏置关断的器件，一种是IR公司的NPT单正向栅驱动IRGP30B120KD-E。测试结果表明其他公司的器件在源电阻为56Ω下驱动时，dV/dt感生电流很大。

比较寄生电容的数据，IR器件的三种电容也有减小：、

　输入电容，CIES减小25％
　 输出电容，COES减小35％
　 反向传输电容，CRES减小68％

图5显示出IR器件的减小电容与V的关系，得出的平滑曲线是由于减小了JFET的影响。当V＝0V时，负偏置栅驱动器件的C为1100pF，IRGP30B120KD-E只有350pF，当VCE＝30V时，负偏置栅驱动器件的C为170pF，IRGP30B120KD-E的CRES为78pF。很明显，IRGP30B120KD-E具有非常低的C，因此在相同的dV/dt条件下dV/dt感生电流将非常小。

图5 IRGP30B120KD-E寄生电容与VCE的关系

图6的电路用来比较测试两种器件的电路性能。两者的dV/dt感生电流波形也在相同的dV/dt值下得出。

　　电压率，dV/dt=3.0V/nsec
　　直流电压，Vbus=600V
　　外部栅到发射极电阻Rg=56Ω
　　环境温度，TA＝125°C

图7 其他公司的IGBT的低端IGBT开关电压和dV/dt感生电流的18A峰值

图8 IRGP30B120KD-E IGBT的低端IGBT开关电压和dV/dt感生电流的1.9A峰值

dV/dt感生电流的减小清楚说明单正向栅驱动设计的优胜之处。但在这个测试中，Co-Pack二极管电流的影响并没有完全计算在内。为了只显示出IGBT对整体电流的影响，我们只利用相同的分立式反并联二极管再重复测试，如图9中的Ice(cntrl)。

图9 利用相同的分立式Co-Pack二极管产生的dV/dt感生电流

图10显示出在没有IGBT情况下，负偏置栅驱动器IGBT的I电流。图11为IRGP30B120KD-E单正向栅驱动器的I电流。两种情况下的电流都很低，分别为1A和0.8A。

如果从整体IGBT/二极管电流中减去图10和图11的二极管电流，结果是

I（负偏置栅驱动IGBT）= 18-1 = 17A

　　I（IRGP30B120KD-E）= 1.9-0.8 = 0.8A

　　可见总的减小为17:0.8 = 21:1

　　在相同的测试条件下，当栅电压是在0V或单正向栅驱动情况下，IRGP30B120KD的电路性能显示dV/dt感生开通电流减小比例为21:1。如果IGBT采用这种方式驱动，电流很小，对功耗的影响几乎可以忽略。

图12 栅驱动波形

采用单正向栅驱动IGBT有下列好处：

　　不需要负偏置
　　驱动器电路成本更低
　　更高的栅抗噪声功能
　　更高的dV/dt耐容
　　与不能提供负偏置驱动的IR单片式栅驱动器兼容

图13 具有电平转换的栅驱动IC电路

上述设计对PT和NPT IGBT同样有效。

　　结论：

　　单正向栅驱动IGBT是器件发展的巨大进步。IRGP30B120KD-E的C值很低，在单正向栅驱动条件下，其开关性能非常理想。器件不需要负偏置栅驱动便能可靠关断，即使在集电极的dV/dt为3V/ns。与单片式栅驱动器的兼容性更为桥式变换器和交流电机驱动提供更优越和成本更低的解决方案。所以我们期望这些先进的IGBT能为新的IC设计提供更大的优势。