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作者:yzhu05 前面都講了一些計(jì)算的東西,這次總結(jié)一些設(shè)計(jì)法則。 柵極電阻:其目的是改善控制脈沖上升沿和下降沿的斜率,并且防止寄生電感與電容振蕩,限制IGBT集電極電壓的尖脈沖值。 柵極電阻值小——充放電較快,能減小開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗,增強(qiáng)工作的耐固性,避免帶來因dv/dt的誤導(dǎo)通。缺點(diǎn)是電路中存在雜散電感在IGBT上產(chǎn)生大的電壓尖峰,使得柵極承受噪聲能力小,易產(chǎn)生寄生振蕩。 柵極電阻值大——充放電較慢,開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗增大。
一般的:開通電壓15V±10%的正柵極電壓,可產(chǎn)生完全飽和,而且開關(guān)損耗最小,當(dāng)<12V時(shí)通態(tài)損耗加大,>20V時(shí)難以實(shí)現(xiàn)過流及短路保護(hù)。關(guān)斷偏壓-5到-15V目的是出現(xiàn)噪聲仍可有效關(guān)斷,并可減小關(guān)斷損耗最佳值約為-8~10V。 柵極參數(shù)對(duì)電路的影響 IGBT 內(nèi)部的續(xù)流二極管的開關(guān)特性也受柵極電阻的影響,并也會(huì)限制我們選取柵極阻抗的最小值。IGBT的導(dǎo)通開關(guān)速度實(shí)質(zhì)上只能與所用續(xù)流二極管反向恢復(fù)特性相兼容的水平。柵極電阻的減小不僅增大了IGBT的過電壓應(yīng)力,而且由于IGBT模塊中di/dt的增大,也增大了續(xù)流二極管的過壓極限。
柵極電阻與關(guān)斷變化圖 柵極驅(qū)動(dòng)的印刷電路板布線需要非常注意,核心問題是降低寄生電感,對(duì)防止?jié)撛诘恼袷帲瑬艠O電壓上升速率,噪音損耗的降低,降低柵極電壓的需求或減小柵極保護(hù)電路的效率有較大的影響。
措施 因此將驅(qū)動(dòng)至柵極的引線加粗,將之間的寄生電感減至最低。控制板與柵極驅(qū)動(dòng)電路需要防止功率電路和控制電路之間的電感耦合。
當(dāng)控制板和IGBT控制端子不能直接連接時(shí),考慮用雙股絞線(2轉(zhuǎn)/CM小于3CM長)或帶狀線,同軸線進(jìn)行連接。 柵極保護(hù) 為了保險(xiǎn)起見,可采用TVS等柵極箝位保護(hù)電路,考慮放置于靠近IGBT模塊的柵極和發(fā)射極控制端子附近。IGBT基礎(chǔ)與運(yùn)用-2 中英飛凌的電路比較典型。 耦合干擾與噪聲 IGBT的開關(guān)會(huì)使用相互電位改變,PCB板的連線之間彼此不宜太近,過高的dv/dt會(huì)由寄生電容產(chǎn)生耦合噪聲。要減少器件之間的寄生電容,避免產(chǎn)生耦合噪聲。
由于IGBT等功率器件都存在一定的結(jié)電容,所以會(huì)造成器件導(dǎo)通關(guān)斷的延遲現(xiàn)象。雖然我們盡量考慮去降低該影響(提高控制極驅(qū)動(dòng)電壓電流,設(shè)置結(jié)電容釋放回路等)。但是為了防止關(guān)斷延遲效應(yīng)造成上下橋臂直通,因?yàn)橐粋(gè)橋臂未完全關(guān)斷,而另一橋臂又處于導(dǎo)通狀態(tài),直通炸模塊后后果非常嚴(yán)重(最好的結(jié)果是過熱)。 死區(qū)時(shí)間(空載時(shí)間)設(shè)置 在控制中,人為加入上下橋臂同時(shí)關(guān)斷時(shí)間,以保證驅(qū)動(dòng)的安全性。死區(qū)時(shí)間大,模塊工作更加可靠,但會(huì)帶來輸出波形的失真及降低輸出效率。死區(qū)時(shí)間小,輸出波形要好一些,只是會(huì)降低可靠性,一般為us級(jí),典型數(shù)值在3us以上。
在汽車電子應(yīng)用中,特別要注意環(huán)境溫度對(duì)toff的影響很大,使得toff延長,并且柵極電阻的加入也是的關(guān)斷時(shí)間受一定的影響,因此需要進(jìn)行調(diào)整。 IGBT 柵極引起的問題列表(紅色部分圈注的):
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