本篇文章簡(jiǎn)單介紹IGBT工作時(shí)序及門極驅(qū)動(dòng)計(jì)算方法,引入大電流驅(qū)動(dòng)IC以及門極保護(hù)TVS,同時(shí)羅列了不同品牌碳化硅MOSFET所耐受驅(qū)動(dòng)電壓,介紹非對(duì)稱TVS新產(chǎn)品的實(shí)用性。
IGBT工作時(shí)序
如下為典型IGBT驅(qū)動(dòng)時(shí)序展開波形:
T0-階段:門級(jí)電流Ig給Cge充電,此時(shí)Vge電壓小于閾值電壓Vgeth,因此IGBT處于關(guān)斷狀態(tài),Vce電壓維持在Vcc。
T1階段:當(dāng)Vge電壓超過閾值Vgeth時(shí),IGBT進(jìn)入開啟狀態(tài),工作在線性區(qū),Ic電流開始上升到負(fù)載電流Icload,而實(shí)際工作時(shí),由于續(xù)流二極管的存在,其反向恢復(fù)電流會(huì)疊加到IGBT上,該電流上升會(huì)超過負(fù)載電流,在Vge達(dá)到米勒平臺(tái)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(dāng)中多余的能量,這個(gè)在TVS有源鉗位保護(hù)里面有詳細(xì)的介紹。
T2階段:Vge維持在米勒平臺(tái)電壓Vgepl,當(dāng)續(xù)流二極管電流下降為零時(shí),Vce開始急劇下降。
T3階段:Vce下降到飽和壓降Vcesat,此時(shí)驅(qū)動(dòng)電流給Vgc電容充電,Vge維持在米勒平臺(tái)。
T4階段:IGBT徹底導(dǎo)通,此時(shí)門級(jí)電流Ig給Cge充電直到設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電壓,驅(qū)動(dòng)電流下降為零,側(cè)面反映了IGBT屬于電壓驅(qū)動(dòng)型器件。
IGBT驅(qū)動(dòng)算法:
以IGBT為例,規(guī)格書通常會(huì)給出門極電荷Qg_int,門極輸入電容Cies,規(guī)格驅(qū)動(dòng)楷體電壓Vgon_spec以及關(guān)斷電壓Vgoff_spec,內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電阻Rg_int。以及通過選型設(shè)定外部電阻Rg_ext,實(shí)際工作驅(qū)動(dòng)電壓Vgon_act、關(guān)斷電壓Vgoff_act與開關(guān)頻率fsw。
從而可以算出峰值驅(qū)動(dòng)電流Igpk:
通過初始Qg_int、門極輸入電容Cies以及初始門極驅(qū)動(dòng)電壓可折算出門極電容系數(shù)Kc:
通過門極電容系數(shù)可以反推回去實(shí)際驅(qū)動(dòng)電壓下所需的門極電荷量Qg_act:
此時(shí)的平均工作電流Ig_av為電荷量與開關(guān)頻率fsw乘積:
驅(qū)動(dòng)所需能量Eg_act為:
根據(jù)驅(qū)動(dòng)能量與開關(guān)頻率可以得出所需的驅(qū)動(dòng)電路功率Pg_act:
通過簡(jiǎn)單的算式可以實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路所需的驅(qū)動(dòng)功率與峰值電流,下圖為Littelfuse原IXYS低邊驅(qū)動(dòng)IC,其中IXD_600系列峰值電流可以達(dá)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(qū)動(dòng)線路過壓保護(hù)
由于線路串?dāng)_、感性與容性負(fù)載的存在,使得功率器件驅(qū)動(dòng)與功率回路都會(huì)受到過壓導(dǎo)致的損壞情況,主回路當(dāng)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(hù)通常會(huì)通過并聯(lián)TVS或者Zener管的方式來實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù),TVS最大優(yōu)勢(shì)為其能承受更大的浪涌沖擊能力。TVS工作機(jī)理如下,為鉗位型器件,在浪涌過來后達(dá)到其擊穿電壓,二極管進(jìn)入雪崩區(qū)域,此時(shí)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(hù)效果。
Littelfuse工業(yè)級(jí)TVS產(chǎn)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(jí)產(chǎn)品匯總
其中最小封裝SOD-123 400W以及SMC封裝5kW已經(jīng)量產(chǎn),SLD5/6/8 DO-263封裝兼容DO-218焊盤,最大功率15kw插件產(chǎn)品。
Littelfuse開發(fā)出了小封裝SOD-123 400W產(chǎn)品,負(fù)壓為-5V,正壓19V,同時(shí)可以根據(jù)客戶需求調(diào)整正向電壓,該產(chǎn)品為IGBT與碳化硅MOSFET非對(duì)稱提供保護(hù),單顆TVS即可實(shí)現(xiàn)正負(fù)電壓的保護(hù),節(jié)省占板空間。
非對(duì)稱TVS為針對(duì)市場(chǎng)提出的新產(chǎn)品,歡迎有興趣人士溝通、交流以及提供意見。