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公司新闻
全新BSM75GD170DL单管IGBT参数资料型号价格
2023-07-01IP属地 湖北29

  栅极串联电阻对栅极驱动波形的影响

  栅极驱动电压的上升和下降速率对IGBT的开启和关闭过程有很大的影响。IGBT的MOS沟道直接受栅极电压控制,MOSFET部分的漏极电流控制双极部分的栅极电流,使得IGBT的导通特性主要由其MOSFET部分决定,因此IGBT的导通受栅极驱动波形影响较大。IGBT的关断特性主要取决于内部少数载流子的复合率,少数载流子的复合受MOSFET关断的影响,因此栅极驱动也影响IGBT的关断。

  在高频应用中,驱动电压的上升和下降速率应该更快,以提高IGBT的开关速率并降低损耗。

  正常情况下,IGBT开启越快,损耗越小。但是,如果开通时有续流二极管的反向恢复电流和吸收电容的放电电流,开通越快,IGBT承受的峰值电流越大,越容易造成IGBT损坏。此时应降低栅极驱动电压的上升速率,即增加栅极串联电阻的阻值,以抑制此电流的峰值。代价是较大的导通损耗。利用这种技术,可以将导通过程中的峰值电流控制在任意值。

  从分析可以看出,门极的串联电阻和驱动电路的内阻抗对IGBT的导通过程影响很大,而对关断过程影响很小。串联电阻小有利于加快关断速率,降低关断损耗,但过小会导致di/dt过大,集电极电压尖峰大。因此,串联电阻应根据具体设计要求综合考虑。

  栅极电阻也影响驱动脉冲的波形。电阻值过小会引起脉冲振荡,过大会使脉冲波形的前沿和后沿延迟变慢。IGBT的栅极输入电容Cge随着其额定电流容量的增加而增加。为了保持驱动脉冲的上升沿和下降沿速率相同,具有大电流容量的IGBT器件应该具有大的上升沿和下降沿充电电流。因此,栅极串联电阻的电阻值应随着IGBT电流容量的增加而减小。

  IGBT的过电流保护

  IGBT的过流保护电路可分为两类:一类是低倍数(1.2 ~ 1.5倍)过载保护;一种是高倍数(高达8 ~ 10倍)短路保护。

  对于过载保护,不需要快速响应,可以采用集中保护,即检测输入端或DC链路的总电流。当该电流超过设定值时,比较器翻转并阻断所有IGBT驱动器的输入脉冲,从而使输出电流降至零。这种过载电流保护一旦激活,只能通过复位恢复正常运行。

  IGBT能短时间耐受短路电流,耐受短路电流的时间与IGBT的饱和压降有关,随着饱和压降的增大而延长。比如饱和压降小于2V的IGBT可以承受短路时间小于5μs,饱和压降3V的IGBT可以承受短路时间长达15μs,在4 ~ 5v可以达到30μs以上。存在上述关系是因为随着饱和导通压降的降低,IGBT的阻抗也降低,同时短路电流增大。短路期间的功耗随着电流的平方增加,导致承受短路的时间迅速减少。

  通常有两种保护措施:软关断和降低栅极电压。软关断是指在发生过流和短路时,直接关断IGBT。而软关断抗干扰能力差,一旦检测到过流信号就会关断,容易造成误动作。为了提高保护电路的抗干扰能力,可以在故障信号和保护电路启动之间增加一个延时,但是在这个延时过程中故障电流会急剧上升,大大增加了功率损耗,也导致了器件的di/dt增加。因此,保护电路经常被启动,而设备仍然是坏的。

  降低栅极电压的目的是当检测到器件过电流时立即降低栅极电压,但器件保持导通。栅压降低后有一个固定的延时,在这个延时期间故障电流被限制在一个很小的值,降低了器件发生故障时的功耗,延长了器件的抗短路时间,并且可以降低器件关断时的di/dt,对器件保护非常有利。如果延时后故障信号仍然存在,则器件关闭,如果故障信号消失,驱动电路可以自动恢复正常工作状态,大大增强了抗干扰能力。