IGBT开关过程分析以及驱动考虑

IGBT在二极管钳位感性负载条件下的电路如图1所示，该电路为IGBT常用电路，可作为IGBT开关特性的测试电路，评估IGBT的开通及关断行为。图2为综合考虑了二极管的恢复特性及杂散电感(Ls)得到的IGBT实际开关波形，可作为设计IGBT驱动电路的参考。首先我们设定IGBT运行在持续的稳态电流条件下，流经感性负载然后流过与感性负载并联的理想续流二极管。 

IGBT二极管钳位感性负载电路

图1. Diode-Clamped inductive load

IGBT开关波形

图2. IGBT Switching Waveforms

IGBT的导通波形与MOSFET非常相像，IGBT的关断特性除了拖尾电流外也与MOSFET类似，下面逐个时间区域说明IGBT动作原理。

a.导通过程

t0时间段：

t0时间段内，门极电流iG对输入寄生电容Cge、Cgc充电，VGE上升至阈值VGE(th)。VGE被认为线性上升，实际上是时间常数为RG(Cge+Cgc)的指数曲线。在此时间内，VCE及iC不变。导通延迟时间定义为从门极电压上升至VGG+的10%开始到集电极电流iC上升至Io的10%的为止。因而，大部分导通延迟时间处在t0时间段。

t1时间段：

 当VGE超过VGE(th)时，栅氧化层下的基区形成沟道，电流开始导通。在此时间内，IGBT处在线性区，iC随着VGE而上升。iC的上升与VGE的上升有关，最终到达满载电流Io。在t1和t2时间段，VCE的值相对于Vd略有下降，这是由于回路的杂散电感造成的电压VLS=LS*diC/dt，产生在LS两端，与Vd方向相反。当iC上升时，VCE下降的值取决于diC/dt及LS，形状随iC形式而变化。

t2,t3时间段：

 二极管电流iD在t1时间段内开始下降，然而并不能立刻降至0A，因为存在反向恢复过程，电流会反向流动。反向恢复电流叠加至iC上，使t2、t3时间段的iC形式一样。此刻，二极管两端的反向电压增加，IGBT两端压降VCE下降，因为Cge在VCE较大时的值较小，VCE迅速下降，因而，此时的dVCE/dt较大。在t3时间内，Cgc吸收及放电门极驱动电流，Cge放电。在t3时间段末尾，二极管的反向恢复过程结束。

t4时间段：

 该段时间内，iG向Cgc充电，VGE维持在VGE,IO，iC维持在满载电流Io，而VCE以 (VGG-VGE,Io)/(RGCgc)的速度下降。VCE大幅度下降并有一个拖尾电压，这是因为Cgc在低VCE时的值较大。

t5时间段：

 该段时间内VGE再次以时间常数RG(Cge+Cgc,miller)增加直到VGG+，Cgc,miller为密勒电容，由于密勒效应随着VCE的降低而上升。t5时间内，VCE缓慢下降至集电极-发射极饱和电压，充分进入饱和状态。这是因为IGBT晶体管穿过线性区的速度比MOSFET慢，以及密勒电容Cgc,miller的影响。转载请注明出处：

IGBT开通动作过程图解

图3 IGBT开通动作过程图解

驱动器启动过程模拟仿真： 

IGBT仿真模型分析结果

图4 IGBT仿真模型分析结果

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