使用栅极电阻控制IGBT的开关

1 前言

用于控制、调节和开关目的的功率半导体器件需要更高的电压和更大的电流。功率半导体器件的开关动作受栅极电容的充放电控制。而栅极电容的充放电通常又受栅极电阻的控制。通过使用典型的+15V控制电压(VG(on))，IGBT导通，负输出电压为-5V～-15V时，IGBT关断。IGBT的动态性能可通过栅极电阻值来调节。栅极电阻影响IGBT的开关时间、开关损耗及各种其他参数，从电磁干扰EMI到电压和电流的变化率。因此，栅极电阻必须根据具体应用的参数非常仔细地选择和优化。

2 栅极电阻RG对IGBT开关特性的影响

IGBT开关特性的设定可受外部电阻RG的影响。由于IGBT的输入电容在开关期间是变化的，必须被充放电，栅极电阻通过限制导通和关断期间栅极电流(IG)脉冲的幅值来决定充放电时间(见图1)。由于栅极峰值电流的增加，导通和关断的时间将会缩短且开关损耗也会减少。减小RG(on)和RG(off)的阻值会增大栅极峰值电流。当减小栅极电阻的阻值时，需要考虑的是当大电流被过快地切换时所产生的电流上升率di/dt。电路中存在杂散电感在IGBT上产生大的电压尖峰，这一效果可在图2所示的IGBT关断时波形图中观察到。图中的阴影部分显示了关断损耗的相对值。集电极-发射极电压上的瞬间电压尖峰可能会损坏IGBT，特别是在短路关断操作的情况下，因为di/dt比较大。可通过增加栅极电阻的值来减小Vstray。因此，消除了由于过电压而带来的IGBT被损毁的风险。快速的导通和关断会分别带来较高的dv/dt和di/dt，因此会产生更多的电磁干扰(EMI)，从而可能导致电路故障。表

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