IGBT工作時序及門極驅動計算方法

作者：Littelfuse客戶經理Rambo Liu

本篇文章簡單介紹IGBT工作時序及門極驅動計算方法，引入大電流驅動IC以及門極保護TVS，同時羅列了不同品牌碳化硅MOSFET所耐受驅動電壓，借此介紹非對稱TVS新產品的實用性，歡迎感興趣人士交流、溝通。

IGBT工作時序

如下為典型IGBT驅動時序展開波形：

T0-階段：門級電流Ig給Cge充電，此時Vge電壓小于閾值電壓Vgeth，因此IGBT處于關斷狀態(tài)，Vce電壓維持在Vcc。

T1階段：當Vge電壓超過閾值Vgeth時，IGBT進入開啟狀態(tài)，工作在線性區(qū)，Ic電流開始上升到負載電流Icload，而實際工作時，由于續(xù)流二極管的存在，其反向恢復電流會疊加到IGBT上，該電流上升會超過負載電流，在Vge達到米勒平臺電壓前，Vce兩端電壓為Vcc，有源鉗位就是利用IGBT工作在線性區(qū)的原理來吸收回路當中多余的能量，這個在TVS有源鉗位保護里面有詳細的介紹。

T2階段：Vge維持在米勒平臺電壓Vgepl，當續(xù)流二極管電流下降為零時，Vce開始急劇下降。

T3階段：Vce下降到飽和壓降Vcesat，此時驅動電流給Vgc電容充電，Vge維持在米勒平臺。

T4階段：IGBT徹底導通，此時門級電流Ig給Cge充電直到設定的驅動電壓，驅動電流下降為零，側面反映了IGBT屬于電壓驅動型器件。

IGBT驅動算法：

以IGBT為例，規(guī)格書通常會給出門極電荷Qg_int，門極輸入電容Cies，規(guī)格驅動楷體電壓Vgon_spec以及關斷電壓Vgoff_spec，內部驅動電阻Rg_int。以及通過選型設定外部電阻Rg_ext，實際工作驅動電壓Vgon_act、關斷電壓Vgoff_act與開關頻率fsw。

從而可以算出峰值驅動電流Igpk:

通過初始Qg_int、門極輸入電容Cies以及初始門極驅動電壓可折算出門極電容系數Kc:

通過門極電容系數可以反推回去實際驅動電壓下所需的門極電荷量Qg_act:

此時的平均工作電流Ig_av為電荷量與開關頻率fsw乘積:

驅動所需能量Eg_act為：

根據驅動能量與開關頻率可以得出所需的驅動電路功率Pg_act:

通過簡單的算式可以實際驅動電路所需的驅動功率與峰值電流，下圖為Littelfuse原IXYS低邊驅動IC，其中IXD_600系列峰值電流可以達到30A，可以用于大功率模塊以及多分立器件并聯(lián)的使用。

驅動線路過壓保護

由于線路串擾、感性與容性負載的存在，使得功率器件驅動與功率回路都會受到過壓導致的損壞情況，主回路當中可以通過外接緩沖吸收回路，也可以通過門極串聯(lián)TVS來做有源鉗位的方式，門極通過并聯(lián)TVS的方式可以起到尖峰電壓吸收，參考電路圖如下。

門極保護通常會通過并聯(lián)TVS或者Zener管的方式來實現過壓保護，TVS最大優(yōu)勢為其能承受更大的浪涌沖擊能力。TVS工作機理如下，為鉗位型器件，在浪涌過來后達到其擊穿電壓，二極管進入雪崩區(qū)域，此時吸收浪涌電流急劇增加，而電壓能鉗制在穩(wěn)定范圍，從而起到良好的過壓保護效果。

Littelfuse工業(yè)級TVS產品系列

從最小封裝SOD-123 200W到SMC DO-214AB封裝8kW，以及雷擊浪涌吸收到10kA的LTKAK系列。

汽車級產品匯總

其中最小封裝SOD-123 400W以及SMC封裝5kW已經量產，SLD5/6/8 DO-263封裝兼容DO-218焊盤，最大功率15kw插件產品。

Littelfuse開發(fā)出了小封裝SOD-123 400W產品，負壓為-5V，正壓19V，同時可以根據客戶需求調整正向電壓，該產品為IGBT與碳化硅MOSFET非對稱提供保護，單顆TVS即可實現正負電壓的保護，節(jié)省占板空間。

非對稱TVS為針對市場提出的新產品，歡迎有興趣人士溝通、交流以及提供意見。

審核編輯：湯梓紅