分析影响IGBT驱动电路性能参数的因素.doc

《分析影响IGBT驱动电路性能参数的因素.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、分析影响IGBT驱动电路性能参数的因素    摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26MHz，阻带抑制率大于35dB，带内波纹小于0．5dB，采用1．8V电源，TSMC0．18μmCMOS工艺库仿真，功耗小于21mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte 0引言IGBT即绝缘门极双极型晶体管(IsolatedGateBipolarTransistor)，这

2、是八十年代末九十年代初迅速发展起来的一种新型复合器件。由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身，具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动(MOSFET的优点)，同时通态压降较低，可以向高电压、大电流方向发展(GTR的优点)。因此，IGBT发展很快，特别是在开关频率大于1kHz，功率大于5kW的应用场合具有很大优势。在全桥逆变电路中，IGBT是核心器件，它可在高压下导通，并在大电流下关断，故在硬开关桥式电路中，功率器件IGBT能否正确可靠地使用起着至关重要的作用。驱动电路就是将控制电路输出的PWM信号进行功率放大，以满足驱动IGBT的要求，所以，驱动电路设计的是否合理直接关

3、系到IGBT的安全、可靠使用。为了确保驱动电路设计的合理性，使用时必须分析驱动电路中的参数。1栅极电阻和分布参数分析IGBT在全桥电路工作时的模型如图1所示。RG+Rg是IGBT的栅极电阻，L01、L02、L03是杂散电感(分布电感)，Cgc、Cge、Cce是IGBT的极间电容，U1是驱动控制信号，U2为母线电压。图1IGBT的全桥模型1.1IGBT的导通初态二极管D1导通时，若Uge为所加的反向电压值(可记为-Ug2，正向电压记为+Ug1)，集电极电流iC=0，Uce=U2。开通后，U1向Cgc、Cge充电，此时Uge可写成：其中时间常数τi=(Rg+RG)(Cge+Cgc)

4、，只有Uge上升至门槛电压Uge(th)后，IGBT才会导通。从上述公式可以看出，Uge的上升速度是和时间常数成反比的，即栅极电阻和输入电容越大，上升速度越慢，IGBT开通的时间就越长。1.2IGBT的关断初态若Q1处于全导通状态，二极管D1处于截止状态，二极管中的电流为0，Uce为IGBT管压降，Uge=Ug1，输入电压由Ug1变为-Ug2，Cge和Cgc被反向充电，uge下降，此时uge可表示为：其中τi＝(Rg+RG)(Cge+Cgc)上式表明，τi越大，关断延迟时间越长。1.3导通至关断的过程IGBT在开关过程中，可能会有电压或电流的突变，这将引起器件上电压或电流尖峰的

5、产生以及高频谐波振铃。这一现象有两个不利点：一是会产生电磁干扰，二是会增加器件的应力。通常采取的应对措施是用缓冲吸收回路来抑制开关过程的突变。下面会分析一下电路中产生电压或电流尖峰的原因。首先是导通至关断过程中的杂散电感极性会发生变化，IGBT极间电容在IGBT关断时，也会反向放电。其次，二极管D1导通时，相应的D1中的电流iD1会上升。为了维持原先的电流，储存在L02中的磁能将释放出来，L02的端电压反向，该电压将使IGBT产生关断过电压，即在CE两端产生电压尖峰。如果杂散电感L02足够小，CE端电压的尖峰只等于IGBT的管压降(2V左右)。但由于CE端产生了电压尖峰，故使集

6、电极电流iC有了一个负向的尖峰。另外，开通过程中，由于二极管D1的反向恢复电流IRM将叠加在集电极电流iC上，这也会使IGBT实际流过的电流存在一个尖峰，这一尖峰可通过串联在回路中的电阻上的电压波形观察。2实验设计及结果分析图2所示为本实验的电路连接图，其中R1取5Ω～20Ω；C1取10000pF～40000pF；R2取20Ω～50Ω；C2是电解电容，取值为1000μF～3000μF；C3是薄膜电容，取值1.5μF；U是直流电压源，电压为10V～100V。实验时，可通过改变R1、R2、C1、C2和U的大小来观察各部分波形的变化，以分析各个参数对整个电路的影响。其实验时测试的波形

7、如图3所示。通过观察和分析实验波形的变化，可以得出以下结论：图2实验电路连接图(a)GE端电压波形(b)CE端电压波形(c)电源端夹杂交流电压波形(d)集电极电流波形图3实验测试波形图在输入端增大串联电阻R1的阻值，会使输入驱动波形的上升沿与下降沿(GE端电压)的锐度减缓，其影响是使IGBT的开通与关断的时间延长，同时输出端(CE)的上升沿与下降沿的锐度也同样减缓，并可减小输出端CE两端电压的尖峰，另外，带给电源的高频谐波的峰值也在减小。但是，这样会使IGBT的开关损耗增大。GE端并联电容C