IGBT开关特性与门极电阻的关系

IGBT开关特性与门极电阻的关系

       外部门极电阻RG会影响IGBT的开关特性。IGBT的开关过程就是对门极输入电容的充放电过程，输入电容在开关过程中是变化的，而门极电阻可以通过限制门极脉冲电流（IG）的幅值来控制IGBT开通和关断的时间，如图2所示。

图2  IGBT开通和关断时的门极电流示意图

图3  IGBT开关损耗和开关时间与门极电阻RG的关系

       减小门极电阻时需要考虑大电流快速开关带来的di/dt问题。过大的di/dt会通过回路杂散电感产生很高的电压尖峰，这个尖峰电压可由公式（1）得出：

       这种电压尖峰可以在IGBT的关断波形中观察到，如图4所示，阴影部分的面积代表对应的开关损耗。过大的瞬时电压尖峰叠加在IGBT的集电极和发射极上有可能损坏IGBT，尤其是在短路工况时，大电流关断IGBT会引起很大的di/dt。通常增大门极电阻可以减小Vstray，降低IGBT过压失效的风险。

图4  IGBT开通与关断波形

       在半桥拓扑中，需要在上下桥臂开关切换之间加入互锁和死区时间，这时需要考虑门极电阻对开关时间的影响。比如较大的关断电阻RG(off)会延长IGBT的下降时间，这样实际的死区时间就有可能大于设置的最小死区时间，引起桥臂直通。

       过快的开关速度带来更高的dv/dt和di/dt，会造成更恶劣的EMI环境，实际应用中可能会对控制电路等产生干扰。图5描述了di/dt与门极电阻大小的关系。

图5  IGBT开通关断过程中di/dt与门极电阻的RG的关系

       表1描述了IGBT开关特性与门极电阻变化的关系。

表1  IGBT开关特性和门极电阻的关系