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应用说明日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第1页部门：AIMPMDIDAE利用单极栅电压驱动IGBT简介英飞凌建议使用负栅电压来安全地关闭并阻断IGBT模块。在标称电流小于100A的场合，出于成本原因，常常会忽略负栅电压。本文说明关于IGBT模块单极驱动的特殊考虑。关闭至0V英飞凌最新一代IGBT芯片具有多种优势。其中的一些突出亮点是更宽的动态范围、更快的开关速度、更少的开关损耗和更低的导通损耗。切换至0V时，有两个效应可能会产生影响：-通过米勒电容发生寄生开启-通过杂散电感发生寄生开启通过米勒电容开启开启半桥中的下方IGBT时，上方IGBT/二极管上会发生dvCE/dt的电压变化。这就会引起一个位移电流流动，对上方IGBT的寄生电容CCG充电。电容CCG和CGE形成一个容性分压器。图1显示了经由上方IGBT米勒电容的电流路径。图1：经由上方IGBT米勒电容的电流InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：Baginski应用说明日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第2页部门：AIMPMDIDAE电流iCG流经米勒电容、串联电阻、CGE和直流母线。如果栅极电阻上的压降超过IGBT的阈值电压，就会发生寄生开启情况。随着芯片温度上升，阈值电压将以数mV/K的速率下降。当上方IGBT切换时，会有一个电流流经下方IGBT的米勒电容，同样可能引起寄生开启。通过杂散电感开启关闭负载电流时，射极杂散电感上会感应产生一个电压。图2：射极电感上的感应电压开启IGBTT1时，主电流将从续流二极管D2切换到IGBT。二极管反向恢复衰变产生的diC2/dt在LσE2上感应产生一个电压，使T2的射极电位变为负值。如果通过高diC/dt产生的感应电压高于IGBT的阈值电压，就会导致T2寄生开启。InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：Baginski应用说明日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第3页部门：AIMPMDIDAE带共辅助射极的模块中的寄生开启在多个IGBT的辅助射极连接与一个共射极连接合一的模块中，非常快速的切换可能会在射极杂散电感上感应产生一个电压。图3所示为等效电路图：图3：通过共射极电感发生寄生开启模块中的寄生电感编号为Lσ1至Lσ9。开启IGBTT6时，Lσ2至Lσ3上产生一个感应电压，这会影响T2。IGBTT2的射极电位因此而发生偏移，当该电压变化超过阈值电压时，就会导致IGBTT2寄生开启。寄生开关的证明为了证明寄生开启，需要在模块的桥臂中插入一个电流传感器。进行两次测量可获得确凿的证据。1.向下方IGBT发送双脉冲，同时用负电压阻断上方IGBT。2.向下方IGBT发送双脉冲，同时按照本应用说明稍后所述，关断上方IGBT。建议用不同的电流进行两次测量，电流介于⋅ICnom和2⋅ICnom之间。InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：Baginski应用说明日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第4页部门：AIMPMDIDAE当两条电流曲线差别很大时，即已证明寄生开启。这里需要特别注意的是较高的电流峰值、较宽的反向电流峰值和/或额外的电流脉冲。抑制意外开通的方法详见“建议措施”部分所述。图4：带电流传感器的桥臂在采用螺丝端子电源连接的应用中，常常可以使用罗氏线圈进行测量。但是，多数情况下无法直接在一个臂中测量。在较小模块中，负载电流常常通过焊接管脚引入PCB。这里建议在直流母线中测量，例如使用罗氏线圈或电流取样电阻。InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：BaginskiT应用说明日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第5页部门：AIMPMDIDAE建议措施改变栅极电阻开启过程中的电压变化-dvCE/dt和电流变化diC/dt，可通过改变栅极电阻RGon来施加影响。提高栅极电阻可减小电压和电流变化。IGBT开关速度会变慢；另请参见表1。降低RGoff值可消除容性寄生开启。然而，感性寄生开启则要通过提高RGoff值来防止。利用单独的栅极电阻实现非要害开启和关闭许多应用中，若开启电阻和关闭电阻使用不同的电阻，则可实现非临界开关特性。T1D1DGoffRGoff2RGonD2图5：单独的开启电阻和关闭电阻选择RGoffRGon可防止通过米勒电容发生容性开启；参见“通过米勒电容开启”部分。InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：Baginski应用说明InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：Baginski日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第6页部门：AIMPMDIDAE增加栅射电容以分流米勒电流在栅极和射极之间增加一个电容CG可影响开关行为。该电容可吸收源自米勒电容的额外电荷。由于IGBT的总输入电容为CG||CGE，因此达到阈值电压所需的栅极电荷会提高。图6：栅极和射极之间增加一个电容在IGBT模块无内置栅极电阻的应用中，建议增加一个电阻RS并将其与该电容串联，以防止振荡。RS的推荐值为：。这些值得自于经验。外加电容的推荐值同样得自于经验，计算如下：由于增加了电容，所需的驱动功率会提高，IGBT的开关损耗也会提高，具体取决于如何更改RGon/off。应用说明应用说明InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：Baginski日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第7页部门：AIMPMDIDAE利用晶体管分流米勒电流（有源米勒箝位）防止意外开通的另一个措施是短接栅极至射极路径。这可以通过在栅极与射极之间增加一个三极管来实现。只要驱动器在其输出端显示一个0V信号，此“开关”就会在一定的时间延迟后短接栅射区。肖特基二极管防止来自米勒电容的电流经由栅极电阻返回。图7：附加三极管的可能设置米勒电容上出现的电流由三极管以受控方式分流。这可以保证安全开关。结论表1总结了上面讨论的各种措施，并给出了其优缺点。RGon用于开启IGBT；RGoff用于阻断和关闭IGBT。RGon/off时开启和关闭IGBT通用的电阻。应用说明应用说明InfineonTechnologiesAGMax-Planck-StraßeD-59581WarsteinTel.+49(0)2902764-0Fax+49(0)2902764-1256作者：Baginski日期：2005年12月15日AN编号：AN-2006-01第8页部门：AIMPMDIDAE影响措施开启由于米勒电容开启由于杂散电感开关损耗降低RGon/off+-↓提高RGon/off-+↑附加CG+-↑降低RGoff+o↓降低RGon--↓提高RGoff-+↑提高RGon++↑附加三极管++-↓表1：不同措施的效果++：效果非常好+：有所改善-：恶化o：无变化↑：提高↓：降低应用说明