当IGBT在开关时遍及会遇到的一个问题即寄生米勒电容注册期间的米勒渠道。米勒效应在单电源门极驱动的使用中影响是很明显的。根据门极G与集电极C之间的耦合,在IGBT关断期间会发生一个很高的瞬态dv/dt,这样会引发门极VGE间电压升高而导通,这是一个潜在的危险(如图1)。
图1:下管IGBT由于寄生米勒电容而引起导通
寄生米勒电容引起的导通
在半桥拓扑中,当上管IGBT(S1)正在导通, 发生改动的电压dV/dt加在下管IGBT(S1)C-E间。电流流经S2的寄生米勒%&&&&&%CCG 、门极驱动电阻RG 、内部集成门极驱动电阻RDRIVER ,如图1所示。电流巨细大致能够如下公式进行预算:
这个电流发生使门极电阻两头发生电压差,这个电压假如超越IGBT的门极驱动门限阈值,将导致寄生导通。规划工程师应该意识到IGBT节温上升会导致IGBT门极驱动阈值会有所下降,一般便是mv/℃级的。
当下管IGBT(S2)导通时,寄生米勒电容引起的导通相同会发生在S1上。
减缓米勒效应的处理办法
一般有三种传统的办法来处理以上问题:榜首种办法是改动门极电阻(如图2);第二种办法是在在门极G和射极E之间添加电容(如图3);第三种办法是选用负压驱动(如图4)。除此之外,还有一种简略而有用的处理方案即有源钳位技能(如图5)。
独立的门极注册和关断电阻
门极导通电阻RGON影响IGBT导通期间的门极充电电压和电流;增大这个电阻将减小门极充电的电压和电流,但会添加注册损耗。
寄生米勒%&&&&&%引起的导通经过减小关断电阻RGOFF能够有用按捺。越小的RGOFF相同也能削减IGBT的关断损耗,但是需求支付的价值是在关断期间由于杂散电感会发生很高的过压尖峰和门极震动。
图2:独立的门极注册和关断电阻
添加G-E间电容以约束米勒电流
G-E间添加电容CG将影响IGBT开关的特性。CG分管了米勒电容发生的门极充电电流,鉴于这种状况,IGBT的总的输入%&&&&&%为CG||CG’。门极充电要到达门极驱动的阈值电压需求更多的电荷(如图3)。
图3:G-E间添加电容
由于G-E间添加%&&&&&%,驱动电源功耗会添加,相同的门极驱动电阻状况下IGBT的开关损耗也会添加。
选用负电源以进步门限电压
选用门极负电压来安全关断,特别是IGBT模块在100A以上的使用中,是很典型的运用。在IGBT模块100A以下的使用中,处于本钱原因考虑,负门极电压驱动很少被选用。典型的负电源电压电路如图4。
图4:负电源电压
添加负电源供电添加规划复杂度,一起也增大规划尺度。
有源米勒钳位处理方案
为了防止RG优化问题、CG的损耗和功率、负电源供电添加本钱等问题,另一种经过门极G与射极E短路的办法被选用来按捺由于寄生米勒电容导致的意想不到的注册。这种办法能够在门极G与射极E之间添加三级管来完成,在VGE电压到达某个值时,门极G与射极E的短路开关(三级管)将触发作业。这样流经米勒%&&&&&%的电流将经过三极管旁路而不至于流向驱动器引脚VOUT。这种技能就叫有源米勒钳位技能(如图5)。
图5:有源米勒钳位选用外加三极管
添加三级管将添加驱动电路的复杂度。
定论
以上论述的四种技能的比照如下表
在最近几年时间里,高度集成的门极驱动器现已包括有源米勒钳位处理方案并带有饱满压降维护、欠电压维护,有如AVAGO技能的ACPL-331J和ACPL-332J,对产品规划者和工业/消费生产商来说,这将下降规划的复杂度和产品尺度。