作者:Littelfuse客戶經理Rambo Liu
本篇文章簡單介紹IGBT工作時序及門極驅動計算方法,引入大電流驅動IC以及門極保護TVS,同時羅列了不同品牌碳化硅MOSFET所耐受驅動電壓,借此介紹非對稱TVS新產品的實用性,歡迎感興趣人士交流、溝通。
IGBT工作時序
如下為典型IGBT驅動時序展開波形:
T0-階段:門級電流Ig給Cge充電,此時Vge電壓小于閾值電壓Vgeth,因此IGBT處于關斷狀態,Vce電壓維持在Vcc。
T1階段:當Vge電壓超過閾值Vgeth時,IGBT進入開啟狀態,工作在線性區,Ic電流開始上升到負載電流Icload,而實際工作時,由于續流二極管的存在,其反向恢復電流會疊加到IGBT上,該電流上升會超過負載電流,在Vge達到米勒平臺電壓前,Vce兩端電壓為Vcc,有源鉗位就是利用IGBT工作在線性區的原理來吸收回路當中多余的能量,這個在TVS有源鉗位保護里面有詳細的介紹。
T2階段:Vge維持在米勒平臺電壓Vgepl,當續流二極管電流下降為零時,Vce開始急劇下降。
T3階段:Vce下降到飽和壓降Vcesat,此時驅動電流給Vgc電容充電,Vge維持在米勒平臺。
T4階段:IGBT徹底導通,此時門級電流Ig給Cge充電直到設定的驅動電壓,驅動電流下降為零,側面反映了IGBT屬于電壓驅動型器件。
IGBT驅動算法:
以IGBT為例,規格書通常會給出門極電荷Qg_int,門極輸入電容Cies,規格驅動楷體電壓Vgon_spec以及關斷電壓Vgoff_spec,內部驅動電阻Rg_int。以及通過選型設定外部電阻Rg_ext,實際工作驅動電壓Vgon_act、關斷電壓Vgoff_act與開關頻率fsw。
從而可以算出峰值驅動電流Igpk:
通過初始Qg_int、門極輸入電容Cies以及初始門極驅動電壓可折算出門極電容系數Kc:
通過門極電容系數可以反推回去實際驅動電壓下所需的門極電荷量Qg_act:
此時的平均工作電流Ig_av為電荷量與開關頻率fsw乘積:
驅動所需能量Eg_act為:
根據驅動能量與開關頻率可以得出所需的驅動電路功率Pg_act:
通過簡單的算式可以實際驅動電路所需的驅動功率與峰值電流,下圖為Littelfuse原IXYS低邊驅動IC,其中IXD_600系列峰值電流可以達到30A,可以用于大功率模塊以及多分立器件并聯的使用。
驅動線路過壓保護
由于線路串擾、感性與容性負載的存在,使得功率器件驅動與功率回路都會受到過壓導致的損壞情況,主回路當中可以通過外接緩沖吸收回路,也可以通過門極串聯TVS來做有源鉗位的方式,門極通過并聯TVS的方式可以起到尖峰電壓吸收,參考電路圖如下。
門極保護通常會通過并聯TVS或者Zener管的方式來實現過壓保護,TVS最大優勢為其能承受更大的浪涌沖擊能力。TVS工作機理如下,為鉗位型器件,在浪涌過來后達到其擊穿電壓,二極管進入雪崩區域,此時吸收浪涌電流急劇增加,而電壓能鉗制在穩定范圍,從而起到良好的過壓保護效果。
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。
汽車級產品匯總
其中最小封裝SOD-123 400W以及SMC封裝5kW已經量產,SLD5/6/8 DO-263封裝兼容DO-218焊盤,最大功率15kw插件產品。
Littelfuse開發出了小封裝SOD-123 400W產品,負壓為-5V,正壓19V,同時可以根據客戶需求調整正向電壓,該產品為IGBT與碳化硅MOSFET非對稱提供保護,單顆TVS即可實現正負電壓的保護,節省占板空間。
非對稱TVS為針對市場提出的新產品,歡迎有興趣人士溝通、交流以及提供意見。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:[技術淺談TechTalk] 驅動設計與保護
文章出處:【微信號:Littelfuse_career,微信公眾號:力特奧維斯Littelfuse】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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