如何正确计算并最大限度减小IGBT的死区时间

应用手册如何正确计算并最大限度减小的死区时间功率管理和驱动版本英飞凌科技股份公司印制英飞凌科技股份公司版权所有，保留所有权利。免责声明本应用文档中给出的信息仅作为关于使用英飞凌科技组件的建议，不得被视为就英飞凌科技组件的任何特定功能、条件或质量作出的任何说明或保证。本应用文档的使用者必须在实际应用中验证本文档描述的任何功能。英飞凌科技在此声明，未就本应用文档中给出的任何及所有信息作出任何性质的保证，也不承担任何性质的责任，包括但不限于没有侵犯任何第三方的知识产权的保证。为方便客户浏览，英飞凌以下所提供的将是有关英飞凌产品及服务资料的中文翻译版本。该中文翻译版本仅供参考，并不可作为任何论点之依据。虽然我们尽力提供与英文版本含义一样清楚的中文翻译版本，但因语言翻译和转换过程中的差异，可能存在不尽相同之处。因此，我们同时提供该中文翻译版本的英文版本供您阅读，请参见【】。并且，我们在此提醒客户，针对同样的英飞凌产品及服务，我们提供更加丰富和详细的英文资料可供客户参考使用。请详见【】客户理解并且同意，英飞凌毋须为任何人士由于其在翻译原来的英文版本成为该等中文翻译版本的过程中可能存在的任何不完整或者不准确而产生的全部或者部分、任何直接或者间接损失或损害负责。英飞凌对于中文翻译版本之完整与正确性不担负任何责任。英文版本与中文翻译版本之间若有任何歧异，以英文版本为准，且仅认可英文版本为正式文件。您如果使用以下提供的资料，则说明您同意并将遵循上述说明。如果您不同意上述说明，请不要使用本资料。信息垂询若需获得关于技术、交付条款和价格的更多信息，敬请联系距离您最近的英飞凌办事处（）警告由于技术要求，组件可能包含有害物质。若需了解相关物质的类型，请联系距离您最近的英飞凌办事处。如果可以合理地预计英飞凌的某个组件失效可能会导致生命支持设备或系统失效，或者影响该等设备或系统的安全性或有效性，那么在将这些组件用于生命支持设备或系统之前，必须获得英飞凌的明确书面同意。生命支持设备或系统意指用于植入人体内部，或者支持和或维持、维系和或保护人类生命的设备或系统。如果这些设备或系统失效，可以合理推定其用户或其他人的健康将受到威胁。AP99007修订记录：2007-08V1.0先前版本：无页主题：(majorchangessincelastrevision)首次发布作者：ZhangXiIFAGAIMPMDIDAE欢迎提出意见和建议您是否认为本文档中的任何信息存在错误、含糊不清或遗漏？您的宝贵意见和建议将帮助我们持续不断地改进本文档的质量。请将您的意见和建议（请注明本文档的索引号），发送电子邮件至：4V1.0,2007-04应用笔记死区时间计算目录1引言....................................................................................................................................................51.1IGBT桥臂直通的原因..........................................................................................................................51.2死区时间对逆变器工作的影响..............................................................................................................52计算合适的死区时间............................................................................................................................62.1计算死区时间的基础............................................................................................................................62.2开关和延迟时间的定义.........................................................................................................................72.3门极驱动电阻/驱动器输出阻抗的影响...................................................................................................82.4影响延迟时间的其它因素.....................................................................................................................92.4.1开通延迟时间.................................................................................................................................92.4.2关断延迟时间...............................................................................................................................102.4.3死区时间计算值的验算.......................................................................................................................123如何减小死区时间.......................................................................................................................134结论.................................................................................................................................................14参考文献...........................................................................................................................................15AP99007Deadtimecalculation5V1.0,2007-04应用笔记引言引言在现代工业中，采用器件的电压源逆变器应用越来越多。为了保证可靠地运行，应当避免桥臂直通。桥臂直通将产生不必要的额外损耗，甚至引起发热失控。结果将可能导致器件和整个逆变器的损坏。桥臂直通的原因下图画出了一个桥臂的典型结构。在正常运行时，两个将依次开通和关断。如果两个器件同时导通将导致电流上升，此时的电流将仅仅由直流环的杂散电感限制。图电压源型逆变器的典型结构当然，没有谁故意使两个同时开通，但是由于并不是理想开关器件，其开通时间和关断时间不是严格一致的。为了避免桥臂直通，通常建议在控制策略中加入所谓的互锁延时时间或者更普遍的死区时间。有了这个额外的时区，其中一个要首先关断，然后在死区时间结束时开通另外一个，这样，就能够避免由开通时间和关断时间不对称造成的直通现象。死区时间对逆变器工作的影响通常情况下，有两种类型的死区时间，第一种是控制死区时间，而第二种是有效的死区时间。控制死区时间指加入在控制算法中以使得器件获得足够有效的死区时间。设置控制死区时间的目的是为了确保有效死区时间总是足够的。由于计算控制死区时间总是基于最坏的情况考虑，所以有效死区时间占控制死区时间很大的比例。死区时间一方面可以避免桥臂直通，但另一方面，它也存在着不利的影响。为了说明死区时间的影响，我们考虑电压源型逆变器的一个桥臂如图所示。首先假设输出电流按图示方向流动，而由开通到关断，经过一小段死区时间后由关断到开通。在有效死区时间内，两个开关管都是关断的，且续流二极管流过输出电流。此时负的直流电压加在输出侧，此时电压极性符合设计的要求。考虑另一种情况，由关断到开通，而由开通到关断，此时，由于电流还是沿着同一个方向，这一电流在死区时间依然流过，因此输出电压还是为负值，此时电压极性不是设计希望得到的。结论可以总结如下：在有效死区时间里，输出电压由输出电流决定，而非控制信号。AP99007Deadtimecalculation6V1.0,2007-04应用笔记计算合适的死区时间如果我们假设输出电流的方向与图所示相反，那么当由开通到关断，而由关断到开通时，也同样类似会出现上述情况的电压。因此一般情况下，输出电压与输出电流会随着死区时间的加入而失真。如果我们选择过大的死区时间，对于感应电机的情况，系统将会变得不稳定而且可能会引起一系统崩溃的严重后果。因此，死区时间的选择是十分重要的且应当仔细计算。图电压源型逆变器的一个桥臂这份应用手册将要说明在实际中如何去测量的延迟时间，并如何根据测量值去计算控制死区时间。计算合适的死区时间如前所述，死区时间的选择一方面要满足避免桥臂直通的要求，另一方面应当要尽可能小以确保电压源型逆变器的正确运行。因此这里的一个很大的挑战就是如何为一个专用和驱动电路找出合适的死区时间。计算死区时间的基础我们使用如下等式计算控制死区时间：ttt(tt)1.2(1)deadDOFFMAXDONMINPDDMAXPDDMIN:最大的关断延迟时间:最小的开通延迟时间:最大的驱动信号传递延迟时间:最小的驱动信号传递延迟时间:安全裕量在这个公式中，第一项是最大的关断延迟时间与最小的开通延迟时间的差值。这一项描述的是与所用的门极驱动电阻的特性。由于下降和上升时间通常比延迟时间小很多，这里不考虑它们。另一项是由驱动电路决定的信号传递时间的差值（延迟时间不匹配）。这个参数正常情况下可以在驱动器厂商的驱动器数据手册中得到。一般对于光耦合驱动器，这个值会比较高。AP99007死区时间计算7V1.0,2007-04应用笔记计算合适的死区时间有时死区时间可以由数据手册提供的典型值计算得到，简单按经验乘以一个安全系数。这个方法在一些场合有用但一般不够精确。因此，此处采用测量值给出一个更加精确的估计方法。因为数据手册仅仅给出标准工作情况下的典型值，获得专用驱动场合的最大值是必要的。出于这个目的，为了获得合适的延迟时间并以此计算出死区时间，需要完成一系列的测量。开关和延迟时间的定义由于我们将经常谈到开关和延迟时间，有必要在这里给出一个明确的定义。公司定义的开关时间如下：由的到的由的到的由的到的由的到的图开关时间的定义AP99007死区时间计算8V1.0,2007-04应用笔记计算合适的死去时间门极驱动电阻驱动器输出阻抗的影响门极驱动电阻的选择将对开关延迟时间产生明显的影响。一般来讲，电阻越大，延迟时间越长。建议在应用中对专用的门极驱动电阻的延迟时间进行测量。一个典型的开关时间门极驱动电阻的图形如图所示：图开关时间图开关时间AP99007死区时间计算9V1.0,2007-04应用笔记计算合适