IGBT模块单极驱动的特殊注意事项
前言
英飞凌建议利用负栅极电压来安全关断和阻断igbt模块。在标称电流小于100 a的区域，往往出于成本原因忽略负栅极电压。本文介绍了igbt模块单极驱动的特殊注意事项。
0v关断
最近几代英飞凌igbt芯片拥有诸多优势。其中一些亮点包括动态范围更宽、开关速度更快、开关损耗更小并且导通损耗更低等。
使用0v关断时，可能会出现下面两种我们不愿意看到的情况：
- 通过米勒电容的寄生导通
- 通过杂散电感的寄生导通
1、通过米勒电容导通
当开通半桥中的下管igbt时，上管igbt /二极管发生电压变化dvce/dt。这会引起位移电流，位移电流值为：
电流icg流过米勒电容、栅极电阻、cge和直流总线，对上管igbt的寄生电容ccg充电。电容ccg和cge构成电容分压器。图1描述了流过上管igbt的米勒电容的电流路径。
图1流过上管igbt的米勒电容的电流
电流icg在栅极电阻上产生电压降。如果栅极电阻上的电压降超过igbt的阈值电压，则发生寄生导通。
随着芯片温度的升高，阈值电压每摄氏度下降数mv。高温下更易引发寄生导通。
当上管igbt开关时，电流流过下部igbt的米勒电容，同样也可能导致下管的寄生导通。
2、通过杂散电感导通
如果关断负载电流，发射极杂散电感上会产生感应电压
开关igbt t1时，主电流将从续流二极管d1换向到igbt。由于二极管电流衰减产生的电流变化率dic2 /dt在lσe2上产生感应电压，并使t2的发射极电位变为负值。如果通过高dic /dt产生的感应电压高于igbt的阈值电压，那么这将导致t2的寄生导通。
图2：发射极电感上产生的感应电压
3、具有共辅助发射极的模块中的寄生导通
在多个igbt芯片并联的模块中，各个芯片的辅助发射极都连接到一个共用发射极，非常快速的开关可能导致发射极的杂散电感上产生感应电压。
等效电路图如图3所示：
图3：通过共发射极电感的寄生导通
模块中的寄生电感在此编号为lσ1至lσ9。导通igbt t6时，lσ2 和lσ3上产生的感应电压会影响t2。因此，当igbt t2的发射极电位变化超过阈值电压时，igbt t2寄生导通。
检验寄生导通
为了检验寄生导通，需要在模块的桥臂上引入电流传感器。两次测量可得出明确的证据。
1. 对下桥臂igbt加双脉冲，同时用负电压保持上桥臂igbt在关断状态。
2. 对下桥臂igbt加双脉冲，按应用中默认方式使上桥臂igbt处在关断状态。
建议使用介于0.1⋅icnom到2⋅icnom之间的不同电流进行测量。
当两条电流曲线差别很大时，就证明了寄生导通。这里要特别注意的是更高的电流峰值、更宽的反向电流峰值和额外的电流脉冲。 “解决方案建议”一章中详细介绍了抑制误导通的方法。
图4：带电流传感器的桥臂
在支持螺旋端子电源连接的应用中，通常可以使用rogowski线圈进行测量。不过，在大多数情况下，无法直接在桥臂上进行测量。在较小的模块中，负载电流通常通过焊针引入pcb。这里建议在dc总线中测量，如使用rogowski线圈或电阻分流器。
解决方案建议
1、改变栅极电阻
通过改变栅极电阻rgon可以影响导通期间的电压变化率-dvce /dt和电流变化率dic /dt。增大栅极电阻可减小电压和电流变化，使igbt开关速度更慢；改变栅极电阻对各参数的影响详见文后表1。
通过减小rgoff值可避免电容寄生导通。不过，通过增大rgoff值能防止电感寄生导通。
2、分开的栅极电阻帮助实现安全的导通和关断特性
在许多应用场合下，使用独立的导通和关断电阻时可实现较为安全的开关特性。
图5：分开的导通和关断电阻
选择rgoff
3、外加栅极发射极电容用于分流米勒电流
可以通过栅极和发射极之间的外加电容cg来影响开关性能。该电容将吸收来自米勒电容的额外电荷。由于igbt的总输入电容为cg ||cge，因此达到阈值电压所需的栅极电荷增加。
图6：栅极和发射极之间的外加电容
对于没有内部栅极电阻的igbt模块，建议在电容上串联一个外加电阻rs，以防止振荡。rs的推荐值为
为外加电容器推荐的电容也来自经验，并通过计算得出
由于额外增加了电容，所需的驱动器功率也会增加。并且igbt显示出更高的开关损耗，这将取决于如何选择rgon / off。
4、晶体管用于分流米勒电流（有源米勒钳位）
防止意外导通的另一措施是短接栅极到发射极。这可以通过栅极和发射极之间的外加晶体管来实现。
只要驱动器在其输出端输出0v，晶体管“开关”就会在一段时间延迟后开启，从而使栅极-发射极区短路。米勒电容上的电流icg从晶体管上以可控方式分流，从而保证igbt安全开关。
图7：外加晶体管用于分流米勒电流
结语
表1概述了上面讨论的措施及其利弊。rgon用于导通igbt；rgoff用于阻断和关断igbt。rgon/off是用于导通和关断igbt的共用电阻。
表1：不同措施的效果
++：非常好的结果
+：有所改善
-：有所下降
o：无变化
↑：增加
↓：降低
测评 快充移动电源哪个好？SuperMini实力领航
Opera将尽快发布补丁修复桌面浏览器漏洞
人工智能正在推动自动驾驶的创新步伐
机智云怎么使用？iot开发平台快速开发硬件产品案例分享
TCO99 |电磁辐射 |6轴色彩控制
IGBT模块单极驱动的特殊注意事项
数字孪生支撑万物互联
助听器的工作原理
Buck变换器和Boost变换器原理分析
Fraunhofer HHI 适用于 TCP/UDP/IP 处理的 10 GigE 网络协议加速器现已针对 Zynq SoC 提供
机器人即将更新换代吗
智能无线门铃和现代无线可视门铃的优缺点分析
小米6下月发布，或有重任加身
Objective-C日渐衰落
任正非：仍希望设备终端里可以使用安卓系统
绝缘油耐压测试仪有哪些特性及其特点？
华芯微特MCU之TIMER触发ADC
nubiaZ9Max硬件外观解读
如何利用Argent钱包来保护你的密码学货币
可穿戴医疗器械设计的三个重点事项
英飞凌建议利用负栅极电压来安全关断和阻断igbt模块。在标称电流小于100 a的区域，往往出于成本原因忽略负栅极电压。本文介绍了igbt模块单极驱动的特殊注意事项。
0v关断
最近几代英飞凌igbt芯片拥有诸多优势。其中一些亮点包括动态范围更宽、开关速度更快、开关损耗更小并且导通损耗更低等。
使用0v关断时，可能会出现下面两种我们不愿意看到的情况：
- 通过米勒电容的寄生导通
- 通过杂散电感的寄生导通
1、通过米勒电容导通
当开通半桥中的下管igbt时，上管igbt /二极管发生电压变化dvce/dt。这会引起位移电流，位移电流值为：
电流icg流过米勒电容、栅极电阻、cge和直流总线，对上管igbt的寄生电容ccg充电。电容ccg和cge构成电容分压器。图1描述了流过上管igbt的米勒电容的电流路径。
图1流过上管igbt的米勒电容的电流
电流icg在栅极电阻上产生电压降。如果栅极电阻上的电压降超过igbt的阈值电压，则发生寄生导通。
随着芯片温度的升高，阈值电压每摄氏度下降数mv。高温下更易引发寄生导通。
当上管igbt开关时，电流流过下部igbt的米勒电容，同样也可能导致下管的寄生导通。
2、通过杂散电感导通
如果关断负载电流，发射极杂散电感上会产生感应电压
开关igbt t1时，主电流将从续流二极管d1换向到igbt。由于二极管电流衰减产生的电流变化率dic2 /dt在lσe2上产生感应电压，并使t2的发射极电位变为负值。如果通过高dic /dt产生的感应电压高于igbt的阈值电压，那么这将导致t2的寄生导通。
图2：发射极电感上产生的感应电压
3、具有共辅助发射极的模块中的寄生导通
在多个igbt芯片并联的模块中，各个芯片的辅助发射极都连接到一个共用发射极，非常快速的开关可能导致发射极的杂散电感上产生感应电压。
等效电路图如图3所示：
图3：通过共发射极电感的寄生导通
模块中的寄生电感在此编号为lσ1至lσ9。导通igbt t6时，lσ2 和lσ3上产生的感应电压会影响t2。因此，当igbt t2的发射极电位变化超过阈值电压时，igbt t2寄生导通。
检验寄生导通
为了检验寄生导通，需要在模块的桥臂上引入电流传感器。两次测量可得出明确的证据。
1. 对下桥臂igbt加双脉冲，同时用负电压保持上桥臂igbt在关断状态。
2. 对下桥臂igbt加双脉冲，按应用中默认方式使上桥臂igbt处在关断状态。
建议使用介于0.1⋅icnom到2⋅icnom之间的不同电流进行测量。
当两条电流曲线差别很大时，就证明了寄生导通。这里要特别注意的是更高的电流峰值、更宽的反向电流峰值和额外的电流脉冲。 “解决方案建议”一章中详细介绍了抑制误导通的方法。
图4：带电流传感器的桥臂
在支持螺旋端子电源连接的应用中，通常可以使用rogowski线圈进行测量。不过，在大多数情况下，无法直接在桥臂上进行测量。在较小的模块中，负载电流通常通过焊针引入pcb。这里建议在dc总线中测量，如使用rogowski线圈或电阻分流器。
解决方案建议
1、改变栅极电阻
通过改变栅极电阻rgon可以影响导通期间的电压变化率-dvce /dt和电流变化率dic /dt。增大栅极电阻可减小电压和电流变化，使igbt开关速度更慢；改变栅极电阻对各参数的影响详见文后表1。
通过减小rgoff值可避免电容寄生导通。不过，通过增大rgoff值能防止电感寄生导通。
2、分开的栅极电阻帮助实现安全的导通和关断特性
在许多应用场合下，使用独立的导通和关断电阻时可实现较为安全的开关特性。
图5：分开的导通和关断电阻
选择rgoff
可以通过栅极和发射极之间的外加电容cg来影响开关性能。该电容将吸收来自米勒电容的额外电荷。由于igbt的总输入电容为cg ||cge，因此达到阈值电压所需的栅极电荷增加。
图6：栅极和发射极之间的外加电容
对于没有内部栅极电阻的igbt模块，建议在电容上串联一个外加电阻rs，以防止振荡。rs的推荐值为
为外加电容器推荐的电容也来自经验，并通过计算得出
由于额外增加了电容，所需的驱动器功率也会增加。并且igbt显示出更高的开关损耗，这将取决于如何选择rgon / off。
4、晶体管用于分流米勒电流（有源米勒钳位）
防止意外导通的另一措施是短接栅极到发射极。这可以通过栅极和发射极之间的外加晶体管来实现。
只要驱动器在其输出端输出0v，晶体管“开关”就会在一段时间延迟后开启，从而使栅极-发射极区短路。米勒电容上的电流icg从晶体管上以可控方式分流，从而保证igbt安全开关。
图7：外加晶体管用于分流米勒电流
结语
表1概述了上面讨论的措施及其利弊。rgon用于导通igbt；rgoff用于阻断和关断igbt。rgon/off是用于导通和关断igbt的共用电阻。
表1：不同措施的效果
++：非常好的结果
+：有所改善
-：有所下降
o：无变化
↑：增加
↓：降低
测评 快充移动电源哪个好？SuperMini实力领航
Opera将尽快发布补丁修复桌面浏览器漏洞
人工智能正在推动自动驾驶的创新步伐
机智云怎么使用？iot开发平台快速开发硬件产品案例分享
TCO99 |电磁辐射 |6轴色彩控制
IGBT模块单极驱动的特殊注意事项
数字孪生支撑万物互联
助听器的工作原理
Buck变换器和Boost变换器原理分析
Fraunhofer HHI 适用于 TCP/UDP/IP 处理的 10 GigE 网络协议加速器现已针对 Zynq SoC 提供
机器人即将更新换代吗
智能无线门铃和现代无线可视门铃的优缺点分析
小米6下月发布，或有重任加身
Objective-C日渐衰落
任正非：仍希望设备终端里可以使用安卓系统
绝缘油耐压测试仪有哪些特性及其特点？
华芯微特MCU之TIMER触发ADC
nubiaZ9Max硬件外观解读
如何利用Argent钱包来保护你的密码学货币
可穿戴医疗器械设计的三个重点事项