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1、电焊机,Vol.29,1999(7):1～3·1·文章编号:1001-2303(1999)07-01-03漏栅寄生电容对IGBT工作特性影响的研究InfluenceofBodyDrain-GateCapacitorontheBehaviorofIGBT哈尔滨工业大学(黑龙江·150001)张广军耿正李利群HarbinInstituteofTechnologyZHANGGuang-junetal[摘要]漏栅寄生电容是IGBT管的一个重要参数,能引起意外的栅源电压尖峰,击穿栅源间的硅氧化膜,导致器件永久失效。对此种影响的过程进行了分析,并给出解决办法。关键词:I
2、GBT;漏栅电容;失效分类号:TM文献标识码:A[Abstract]Thebodydrain-gatecapacitorofIGBTisanimportantfactorwhichcanmakeunexpectedovervoltagebetweengateandsource.Duetoit,thesiliconoxideofgate-sourceisdestroyed,andtheIGBTisfailure.Thepaperanalysisesthiskindofinfluenceandgivesthemethod.Keywords:IGBT;bodydr
3、ain-gatecapacitor;failure1前言刻达到IGBT开通阈值电压,漏极电流开始增大,这时IGBT集合了MOSFET和GTR的优点,具有开关速栅源电压波形偏离原轨迹。首先,源极电流增大,和源度快、导通压降低、容量大、控制灵活等优点,是目前逆极串联的电感产生感应电压,此电压抵消了外加的栅变焊机中主要的功率开关器件。IGBT可靠工作是逆变极驱动电压,并且降低了看来直接加在栅源间的电压上升率;其次,就是漏栅寄生电容的“密勒”效应影响。焊机工作可靠的基础。在t1到t2期间,和漏极串联的、不被箝位的电路杂散电IGBT漏栅间的寄生电容是重要的影响因素,也
4、是感LD上有压降,漏源电压下降,反映在漏栅电容上,通易被忽略的因素,它不仅影响IGBT的开关过程,而且过该电容产生一个放电电流,在驱动电路中增加了有有些情况下,IGBT的漏极电压和驱动电压远低于额定效的容性负载,这使驱动电路的阻抗R上的压降增大,值时的失效,就是由漏栅间的寄生电容引起的。设计也就降低了栅源端的电压上升率,进而阻碍了漏极电IGBT应用电路时,必须要考虑这些寄生参数,特别是漏流上升,这是一个负反馈作用。t2时刻起,漏源电压开栅间的寄生电容。始下降。t2到t3期间为IGBT中MOSFET单独工作时的2漏栅寄生电容对IGBT的开关过程的影响电压下降时
5、间,t3到t4期间为MOSFET和PNP同时工作IGBT管工作时,栅源电压波形与驱动电路开路时时的下降时间。在t2到t4期间,漏极电压下降率此时的波形不同,并且出现平台,这与漏栅寄生电容有关。只受“密勒”效应支配,并达到平衡条件。在此条件下,IGBT管开关瞬态过程如图1所示。开通时,t1时漏极电压降落到刚好是栅源电压所需要的速率,以满收稿日期:1998—09—14·2·足由负载确定的漏极电流的水平,栅源电压保持恒定。电流I的水平,器件进入线性工作模式,漏源电压此时t4时刻漏源电压进入饱和阶段,IGBT完全导通,栅源电开始上升,漏栅寄生电容的“密勒”效应支配着
6、漏极电压迅速升到外加的“开路”值,即t5时刻。很明显,栅极压的上升率,栅源电压保持在与漏极电流对应的水平驱动电路的阻抗越低,通过漏栅寄生电容的放电电流上,t2时漏极电压上升完毕,栅极电压和漏极电流以由越大,漏极电压下降时间越短,功耗越低。栅源电路阻抗所决定的速率下降。t3到t4期间,持续时间的长短由IGBT中PNP晶体管中存储电荷决定,此时MOSFET已关断,电荷难以被迅速消除,造成IGBT管特有的关断电流拖尾,引起大的功耗。3漏栅电容引起栅源电压尖峰在调试IGBT逆变式焊机中,会观测到如图2所示的栅源电压波形,在正常的驱动波形上出现不希望的电压尖峰。并且有
7、时在驱动信号的电压幅值不超过额定值情况下,发生栅源间硅氧化层被击穿,导致器件永久性损坏的现象。这些都是由于漏栅寄生电容的存(a)IGBT典型电路在,导致外加漏源电压的快速变化引起栅源电压的瞬态变化。图3更清楚地说明了这个问题。图2实际观察到的IGBT管压降和驱动波形(b)IGBT开通过程图3漏栅电容引起栅源电压尖峰在图3中,假设驱动源的阻抗Z很高,加在源-漏端子上的电压有任何正向变化(例如,由于电路中其他器件的开关所引起)将反映为一个瞬态正向电压增加在栅-源端子间,其近似比为:1Cgs1+Cdg(c)IGBT关断过程图1IGBT开关过程上述比值大致为1/6。
8、这意味着漏源电压有300V同样的情况出现在关断过程,
