igbt功率模块门极驱动需求
2022-01-07
绝缘栅双极晶体管igbt模块是第3代功率器件,安全工作,它集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的特点于一体,具备易于驱动、峰值电流容量大、自关闭、开关频率高(10-40kHz)的特点,是现在发展极为快速的新一代的电力电子器件。普遍使用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机之中。igbt模块的驱动和保护是其用到中的核心技术。在此按照长时间用到igbt模块的经验并参阅相关文献对igbt模块的门极驱动问题做些归纳,希望对广大igbt模块用到人员有相应的帮助。
igbt模块门极驱动需求
1、栅极驱动电压
因igbt模块栅极-发射极阻抗大,故可用到MOSFET驱动工艺来驱动,但igbt模块的输入电容较MOSFET大,所以igbt模块的驱动偏压应比MOSFET驱动所需要偏压强。图1是一个经典的案例。在+20℃环境下,测得60A,1200V之下的igbt模块开通电压阀值为5~6V,在实际用到时,为得到最小的导通压降,应选择Ugc≥(1.5~3)Uge(th),当Uge增加时,导通时集射电压Uce将减少,开通耗损也随之减少,但在负载短路环节中Uge增加,集电极电流Ic也将也随之增加,可使igbt模块能承担短路损坏的脉宽变窄,所以Ugc的选择不可过大,这足够使igbt模块完全饱和,并且也局限了短路电流以及所带来的应力(在具备短路运行环节的设施中,如在电机中用到igbt模块时,+Uge在满足要求的环境下尽可能选择最小值,以提升其耐短路能力)。
2、对电源的需求
对于全桥或半桥电路而言,上下管的驱动电源要相互隔离,因为igbt模块是电压控制器件,所需要的驱动功率很小,主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电,需求能供应较大的瞬时电流,要使igbt模块快速关闭,应尽可能减少电源的内阻,并且为防止igbt模块关闭时产生的du/dt误使igbt模块导通,应加上一个-5V的关栅电压,以确保其完全可靠的关闭(过大的反方向电压会导致igbt模块栅射反方向击穿,通常为-2~-10V间)。
3、对驱动波形的要求
从减少耗损角度讲,门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽可能陡峭,前沿很陡的门极电压使igbt模块快速开通,到达饱和的时间很短,因此可以降低开通耗损,同样,在igbt模块断开时,陡峭的下降沿可以缩减断开时间,进而减少了断开耗损,发热量降低。但在实际用中,过快的开通和断开在大电感负载情况下反而是不利的。因为在这种情况下,igbt模块过快的开通与断开将在线路中造成频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压Ldi/dt,而且这类尖峰难以被吸收掉。此电压有可能会导致igbt模块或其余元件被过压击穿而毁坏。因此在选择驱动波形的上升和下降速度时,应按照线路中元件的耐压能力及du/dt吸收线路性能综合考虑。
以上就是传承电子对igbt功率模块门极驱动需求的介绍,传承电子是一家以电力电子为专业领域的功率半导体模块制造商,为众多的企业公司提供功率半导体模块的定制、生产和加工,同时还给众多公司提供来料代工或贴牌加工业务。主要产品为各种封装形式的绝缘式和非绝缘式功率半导体模块、各种标准和非标准的功率半导体模块等。
1、栅极驱动电压
因igbt模块栅极-发射极阻抗大,故可用到MOSFET驱动工艺来驱动,但igbt模块的输入电容较MOSFET大,所以igbt模块的驱动偏压应比MOSFET驱动所需要偏压强。图1是一个经典的案例。在+20℃环境下,测得60A,1200V之下的igbt模块开通电压阀值为5~6V,在实际用到时,为得到最小的导通压降,应选择Ugc≥(1.5~3)Uge(th),当Uge增加时,导通时集射电压Uce将减少,开通耗损也随之减少,但在负载短路环节中Uge增加,集电极电流Ic也将也随之增加,可使igbt模块能承担短路损坏的脉宽变窄,所以Ugc的选择不可过大,这足够使igbt模块完全饱和,并且也局限了短路电流以及所带来的应力(在具备短路运行环节的设施中,如在电机中用到igbt模块时,+Uge在满足要求的环境下尽可能选择最小值,以提升其耐短路能力)。
2、对电源的需求
对于全桥或半桥电路而言,上下管的驱动电源要相互隔离,因为igbt模块是电压控制器件,所需要的驱动功率很小,主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电,需求能供应较大的瞬时电流,要使igbt模块快速关闭,应尽可能减少电源的内阻,并且为防止igbt模块关闭时产生的du/dt误使igbt模块导通,应加上一个-5V的关栅电压,以确保其完全可靠的关闭(过大的反方向电压会导致igbt模块栅射反方向击穿,通常为-2~-10V间)。
3、对驱动波形的要求
从减少耗损角度讲,门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽可能陡峭,前沿很陡的门极电压使igbt模块快速开通,到达饱和的时间很短,因此可以降低开通耗损,同样,在igbt模块断开时,陡峭的下降沿可以缩减断开时间,进而减少了断开耗损,发热量降低。但在实际用中,过快的开通和断开在大电感负载情况下反而是不利的。因为在这种情况下,igbt模块过快的开通与断开将在线路中造成频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压Ldi/dt,而且这类尖峰难以被吸收掉。此电压有可能会导致igbt模块或其余元件被过压击穿而毁坏。因此在选择驱动波形的上升和下降速度时,应按照线路中元件的耐压能力及du/dt吸收线路性能综合考虑。
以上就是传承电子对igbt功率模块门极驱动需求的介绍,传承电子是一家以电力电子为专业领域的功率半导体模块制造商,为众多的企业公司提供功率半导体模块的定制、生产和加工,同时还给众多公司提供来料代工或贴牌加工业务。主要产品为各种封装形式的绝缘式和非绝缘式功率半导体模块、各种标准和非标准的功率半导体模块等。
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