独家新闻日记

IGBT基础与运用-2

IGBT基础与运用-1

尝试去计算IGBT的开启过程,主要是时间和门电阻的散热情况。

C.GE 栅极-发射极电容

C.CE 集电极-发射极电容

C.GC 门级-集电极电容(米勒电容)

Cies = CGE + CGC 输入电容

Cres = CGC 反向电容

Coes = CGC + CCE 输出电容

根据充电的详细过程,可以下图所示的过程进行分析

对应的电流可简单用下图所示:

第1阶段:栅级电流对电容CGE进行充电,栅射电压VGE上升到开启阈值电压VGE(th)。这个过程电流很大,甚至可以达到几安培的瞬态电流。在这个阶段,集电极是没有电流的,极电压也没有变化,这段时间也就是死区时间,由于只对GE电容充电,相对来说这是比较容易计算的,由于我们采用电压源供电,这段曲线确实是一阶指数曲线。

第2阶段:栅极电流对Cge和Cgc电容充电,IGBT的开始开启的过程了,集电极电流开始增加,达到最大负载电流电流IC,由于存在二极管的反向恢复电流,因此这个过程与MOS管的过程略有不同,同时栅极电压也达到了米勒平台电压。

第3阶段:栅极电流对Cge和Cgc电容充电,这个时候VGE是完全不变的,值得我们注意的是Vce的变化非常快。

第4阶段:栅极电流对Cge和Cgc电容充电,随着Vce缓慢变化成稳态电压,米勒电容也随着电压的减小而增大。Vge仍旧维持在米勒平台上。

第5阶段:这个时候栅极电流继续对Cge充电,Vge电压开始上升,整个IGBT完全打开。

我的一个同事在做这个将整个过程等效为一阶过程。

如果以这个电路作为驱动电路的话:

驱动的等效电路可以表示为:

利用RC的充放电曲线可得出时间和电阻的功率。

这么算的话,就等于用指数曲线,代替了整个上升过程,结果与等效的过程还是有些差距的。

不过由于C.GE,C.CE,C.GC是变化的,而且电容两端的电压时刻在变化,我们无法完全整理出一条思路来。

很多供应商都是推荐使用Qg来做运算,计算方法也可以整理出来,唯一的变化在于Qg是在一定条件下测定的,我们并不知道这种做法的容差是多少。

我觉得这种做法的最大的问题是把整个Tsw全部作为充放电的时间,对此还是略有些疑惑的。

说说我个人的看法,对这个问题,定量的去计算得到整个时间非常困难,其实就是仿真也是通过数字建模之后进行实时计算的结果,这个模型与实际的条件进行对比也可能有很大的差距。

因此如果有人要核算整个栅极控制时序和时间,利用电容充电的办法大致给出一个很粗略的结果是可以的,如果要精确的,算不出来。

对于门级电阻来说,每次开关都属于瞬态功耗,可以使用以前介绍过的电阻的瞬态功率进行验算吧。

电阻抗脉冲能力

我们选电阻的大小是为了提供足够的电流,也是为了足够自身散热情况。

前级的三极管,这个三极管的速度要非常快,否则如果进入饱和的时间不够短,在充电的时候将可能有钳制作用,因此我对于这个电路的看法是一定要做测试。空载的和带负载的,可能情况有很大的差异。

栅极驱动的改进历程和办法(针对米勒平台关断特性)

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