对IGBT驱动的理解

　　IGBT器件如何开通和关闭，速度是快是慢，其实到如今为止，并没有一个明确结论，最终取决实际应用环境。

　　一、先说开通。

　　谁都知道，理论上开通速度越快，越早进入饱和去，开关损耗越小。收到实际条件所限，开通速度不能做的太快。

　　1、栅极杂散电感影响

　　此电感普遍存在，特别是使用磁耦合的驱动电路尤其明显。它与栅极电容产生谐振，增加Rg，可以缓解此现象。无论是Lgs，还是Rg，都会影响开通速度，增加开关损耗。图1。

　　图1 IGBT栅极驱动

　　2、实际电路影响

　　使用合理电路，降低Lgs影响，将Rg选择的很小，是否就解决了问题了呢？还没有，如图2，应用于双管正激的拓扑。

　　图2 应用于双管正激的IGBT

　　由于变压器漏感Lts、磁复位引线电感Lds的存在，过高的di/dt，将造成过高的Vce（与Cce产生振荡）。这些电感是很难预测的，为了提高性能，从布线上都是不断降低它们。能量的降低使得Vce收到限制。如果不能完全解决此问题，需要增加吸收。如图3吸收的一种。额外增加的电路需要靠近IGBT根部，否则有害无用。吸收的增加增加了损耗，它是否可以抵消由于开通速度的加快造成的影响，需要实际验证。

　　图3 RCD吸收

　　（单）双管正激是硬开关拓扑中，开通速度最快的一种，对应其它拓扑，比如桥式，情况更加糟糕。对于软开关，尤其是电压软开关，增加开通速度是很好的选择。

　　二、再说关闭。

　　关闭速度快慢对IGBT关闭损耗影响不大。

　　有人说，快速关闭使dv/dt高，会毁坏IGBT。那看什么条件，只有很高dv/dt，IGBT开关速度跟不上时成立。小了只是负反馈作用，增加驱动上流过的电流而已。由于IGBT、母线上往往有吸收，速度受限。不易产生高dv/dt。真有这么高的dv/dt时，只要驱动电路输出阻抗足够低，并不会毁坏栅极。

　　再有，笔者十几年从没有见过由于dv/dt过高造成IGBT失效现象，此种只在理论上成立的假设不要再考虑了。

　　真实原因是：由于IGBT是少子器件，他不能通过关闭门极来达到快速关闭IGBT目的。因此快速关闭对它无用。

　　三、说一说驱动负偏压

　　只要控制制好母线电压瞬态过冲，IGBT负偏压不是必须。选择合理的功率拓扑，比如零流谐振变换器，可以最大限度降低对母线影响。

　　与MOSFET一样，负偏压可以防止母线过高dv/dt造成门极误导通。笔者说过本人十几年从没有见过由于dv/dt过高造成IGBT失效，主要是指对门极影响。

　　门极驱动往往是低阻抗负载，尤其是有源驱动器，阻抗很低，抗干扰能力很强。负偏压选择-5V足以，当然选择-15V未尝不可。更高负偏压会增加驱动损耗。

　　四、再论过流保护

　　1、高频变换（不直接接负载）

　　在设计电路过程中，在IGBT选择上，几乎都会在电流上留有余量，而保护点也往往低于IGBT的额定值。所谓3段式保护只在大于2倍额定电流作用较好。在2倍额定电流保护内最好是直接关闭。不仅反映速度快，而且可以逐个脉冲限流。真要是用它的保护，不仅延时时间长，而且由于关闭损耗大，连续工作要不了多久不坏才怪。

　　市面上几乎所有的IGBT驱动器都大肆宣扬所谓3段式保护，可惜在实际应用中，除非你是作为负载开关使用，此功能基本无用。即便是作为负载开关，如果没有一定条件限制，保护功能也形同虚设。

　　因此，除非你设计有缺陷，否则，3段式保护无用。

　　2、负载开关

　　IGBT作为负载开关使用时，过流保护复杂得多。IGBT输出电流取决于门极驱动电压。3段式保护只在大于2倍额定电流作用较好。门极驱动电压太高时，使得短路电流过大，由于存在闩锁现象，栅极关闭不起作用。因此驱动电压不要太高，不要过度追求导通压降。使得3段式过流保护不起作用。一般闩锁现象在输出电流大于5倍额定电流时有可能出现，因此如果想可靠使用3段式过流保护，电流保护点最好小于此点。

　　但确定栅极电压与短路电流的关系几乎是不可能的。作为负载开关，限制电流上升率是一个非常好的措施，它同时限制了短路时间。使短路保护可以有多种选择，除了3段式保护（本质上是缓关闭），直接快速关闭也可行。

　　在电流小于2倍额定电流时，采用直接快速关闭的方法更有效。假设400V，100A负载开关，选择300A的IGBT作为负载开关，1uH电感作为电流上升率限制。则：di/dt=400A/us。

　　设100A为保护点，电流小于2倍额定电流，则：允许关闭最大延时（2*300-100）/400=1.25us。此条件不难满足。

即：为满足快速关断条件，IGBT容量选择要足够大，这样换来更大的保护延时，更小的短路抑制电感。换句话说，如果将保护延时设计的很小，也可以降低短路抑制电感，降低IGBT容量。从而提高可靠性。还是上例，如果保护延时达到200ns则：实际电流关闭点：100+400*0.2=180A。如果不