采用Mini-SPM设计高压侧栅极驱动电路
来源： 作者： 发布时间：2015-05-06 07:19:40 浏览量：
RE(H)与内部RG一起充当IGBT运行时的栅极电阻。RE(H)越大，开关速度便越慢。当然，开关速度的放慢会在降低噪声的同时增加开关损耗。不过，与内部RG不同，很小的RE(H)便足以降低dv/dt，而且导通时的di/dt也只有微小的增加。这正是RE(H)的主要效用。
如图5所示，在t1区域，RE(H) 的作用只是高压侧栅极驱动电路的栅极电阻。只要它远小于RG，就差模电感器不会影响导通di/dt，但却可控制dv/dt使其远小于di/dt。在t3区域，HVIC的寄生电容通过RE(H)充电，在RE(H)上产生压降。VGE的降低使导通dv/dt减慢。图6给出了采用这种新型栅极驱动技术来控制导通dv/dt的实验结果。实验中，RE(H)增加到最大值，因为它似乎能在小于1kV/ms的限度内产生足够的dv/dt水平。由于降低导通电流会在IGBT导通开启时产生较高的dv/dt，实验中的导通电流设为1A。尽管RE(H)增加了，di/dt仍保持不变。不过，dv/dt 却显著下降。
图7所示为开关dv/dt的定义。图8表示开关损耗和开关dv/dt随RE(H)的变化关系。当RE(H)增加，开关损耗也稍微增加，而dv线圈电感器/dt则显著下降。
B. 负压VS和VBS过压
HVIC的闭锁主要由VS上出现负压或VBS出现过压而引起，这种负压和过压是开关电流过量所致。当负载通过小电感对地短路，就会在线路上产生大电流。当高压侧IGBT关闭以切断该短路电流时，二极管电流IF开始流经Rsh、DF和杂散电感 (见图9(a))。由于IF di/dt 增加，过大电压的VF会出现。过大的VF使VS变为负压，同时使VBS出现尖峰，这就可能导致HVIC出现误操作，进而损坏HVIC和IGBT。
不过，采用RE(H)就可通过降低电压应力，从而防止HVIC闭锁。图9 (b) ~ (d) 给出了负载通过一根20cm长电缆对地短路时的实验波形。当IGBT在RE(H)=0时关断，施加在VS上的电压为 塑封电感-60V，施加在VBS上的尖峰脉冲为34V，宽度为200毫微秒。这些冲击都超过了HVIC的技术指标，因而危及其稳定性。当RE(H)越大，对HVIC的电压应力的冲击越小。
设计考虑
A. RBS的选择
图10所示为自举电容在充电初始阶段中电流的路径。当RE(H)的压降大于高压侧IGBT的电压阈值时，高压侧IGBT将被置为“导通”状态，并导致开关臂短路 (arm short)。因此，RE(H)的电压 (见公式 (2)) 应当低于IGBT的电压阈值。
( 2)
对于Mini-SPM，我们建议其RBS应比RE(H)大两倍，这样，即使在最坏的情况下 (如IGBT电压阈值小和VCC高的情况)，也能限制RE(H)上的压降。
B. RE(H)的额定功率
在选择RE(H)的额定功率时，要充分考虑高压侧IGBT栅极的充电和放电情况。功率电感器建议采用的RE(H)额定功率为0.5W。
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