IGBT開通過程分析(三)

雜散電感對電流上升階段Vce的影響

感性負載雙脈沖測試電路如下圖：

負載電感足夠大，在開通過程中，負載電感的電流大小基本不變。理想條件下，續(xù)流二極管承受反向電壓時， IGBT 集射極電壓開始下降。

但是，實際工況條件下，主回路中存在一定的雜散電感。因此，在集電極電流上升過程中，二極管處于正向大電流偏置狀態(tài)，其通態(tài)壓降可以忽略不計，從而可以得到如下關(guān)系式:

Vce+Ls*dic/dt=Vdc

其中，Vce為IGBT 器件集射極電壓; Ls為主回路雜散電感; ic為IGBT的集電極電流; Vdc為直流母線電壓。因此，從電流上升的時刻開始， IGBT器件兩端的電壓就低于直流母線電壓。即Vce=Vdc-Ls*dic/dt

結(jié)合Ic=at?得

Vce=Vdc-2aLs*t

由上式可知，集電極電流上升過程中，集射極電壓近似線性下降; 且雜散電感越大，集射極電壓下降速度越快。主回路雜散電感的值越大， IGBT的開通損耗越低，但是雜散電感越大，導(dǎo)致的電壓過沖的可能性也會越大，導(dǎo)致器件損壞的可能性也越大，目前都是追求小的雜散電感。

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IGBT開通波形

IGBT的開通波形如下：

分為5各階段：

①開通延遲階段

在這個階段中，驅(qū)動回路給輸入電容充電，柵極電壓逐步增加，當柵極電壓到達閾值電壓以后，IGBT開通，集電極電流開始增加。需要指出的是，階段1 所示虛線圓圈內(nèi)的柵極電壓有一個斜率增加的過程，對應(yīng)于柵極電壓在上升的過程中，柵極輸入電容變化的過程。

②電流上升階段

在這個階段中，MOSFET 溝道導(dǎo)通，由于電流上升速度非常快，短時間內(nèi)柵極電壓近似線性增長。當集電極電流IC小于負載電流時，IC可以用開口向上的二次函數(shù)擬合，此時的集射極電壓隨著集電極電流的增加而線性減小。

③集射極電壓迅速下降過程

當IGBT集電極電流IC大于峰值電流IL+IRR以后，續(xù)流二極管承受反向電壓，電流迅速減小，從而IGBT的電流也迅速減小。續(xù)流二極管在承受反向電壓以后， IGBT的集射極電壓迅速降低，耗盡區(qū)也迅速消失。耗盡區(qū)縮小的過程引起了柵極—集電極電容及其所帶電荷量的迅速變化，如第二節(jié)所分析，柵極電壓從而進入密勒平臺階段。從第2 階段到第3 階段，由于集射極電壓的迅速下降，柵極電壓Vge有一個電壓跌落的過程。

④柵極平臺階段

這個階段的特征之一是IGBT 電流的衰減過程，這由續(xù)流二極管的反向恢復(fù)特性決定。其次，IGBT集射極電壓VCE繼續(xù)減小，這是由于開通后IGBT 內(nèi)電導(dǎo)調(diào)制區(qū)的擴大所引起。在這個過程中，靠近柵極側(cè)的中性基區(qū)電勢Vds不斷降低，柵極電壓的值基本不變。

⑤柵極電壓繼續(xù)上升階段

這個過程中，驅(qū)動回路繼續(xù)給柵極電容充電，IGBT集射極電壓基本達到穩(wěn)定通態(tài)壓降， IGBT集電極電流等于負載電流。