功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極驅(qū)動(dòng)電路

一、柵極電阻Rg的作用

1、消除柵極振蕩

絕緣柵器件(IGBT、MOSFET)的柵射(或柵源)極之間是容性結(jié)構(gòu)，柵極回路的寄生電感又是不可避免的，如果沒有柵極電阻，那柵極回路在驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)脈沖的激勵(lì)下要產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩，因此必須串聯(lián)一個(gè)電阻加以迅速衰減。

2、轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)器的功率損耗

電容電感都是無功元件，如果沒有柵極電阻，驅(qū)動(dòng)功率就將絕大部分消耗在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的輸出管上，使其溫度上升很多。

3、調(diào)節(jié)功率開關(guān)器件的通斷速度

柵極電阻小，開關(guān)器件通斷快，開關(guān)損耗小;反之則慢，同時(shí)開關(guān)損耗大。但驅(qū)動(dòng)速度過快將使開關(guān)器件的電壓和電流變化率大大提高，從而產(chǎn)生較大的干擾，嚴(yán)重的將使整個(gè)裝置無法工作，因此必須統(tǒng)籌兼顧。

二、柵極電阻的選取

1、柵極電阻阻值的確定

各種不同的考慮下，柵極電阻的選取會(huì)有很大的差異。初試可如下選取:

不同品牌的IGBT模塊可能有各自的特定要求，可在其參數(shù)手冊(cè)的推薦值附近調(diào)試。

2、柵極電阻功率的確定

柵極電阻的功率由IGBT柵極驅(qū)動(dòng)的功率決定，一般來說柵極電阻的總功率應(yīng)至少是柵極驅(qū)動(dòng)功率的2倍。

IGBT柵極驅(qū)動(dòng)功率 P=FUQ，其中:

F 為工作頻率;

U 為驅(qū)動(dòng)輸出電壓的峰峰值;

Q 為柵極電荷，可參考IGBT模塊參數(shù)手冊(cè)。

例如，常見IGBT驅(qū)動(dòng)器(如TX-KA101)輸出正電壓15V，負(fù)電壓-9V，則U=24V，

假設(shè) F=10KHz，Q=2.8uC

可計(jì)算出 P=0.67w ，柵極電阻應(yīng)選取2W電阻，或2個(gè)1W電阻并聯(lián)。

三、設(shè)置柵極電阻的其他注意事項(xiàng)

1、盡量減小柵極回路的電感阻抗，具體的措施有:

a)驅(qū)動(dòng)器靠近IGBT減小引線長度;

b) 驅(qū)動(dòng)的柵射極引線絞合，并且不要用過粗的線;

c) 線路板上的 2 根驅(qū)動(dòng)線的距離盡量靠近;

d) 柵極電阻使用無感電阻;

e) 如果是有感電阻，可以用幾個(gè)并聯(lián)以減小電感。

2、IGBT 開通和關(guān)斷選取不同的柵極電阻

通常為達(dá)到更好的驅(qū)動(dòng)效果，IGBT開通和關(guān)斷可以采取不同的驅(qū)動(dòng)速度，分別選取 Rgon和Rgoff(也稱 Rg+ 和 Rg- )往往是很必要的。

IGBT驅(qū)動(dòng)器有些是開通和關(guān)斷分別輸出控制，只要分別接上Rgon和Rgoff就可以了。

有些驅(qū)動(dòng)器只有一個(gè)輸出端，這就要在原來的Rg 上再并聯(lián)一個(gè)電阻和二極管的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用以調(diào)節(jié)2個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)速度。

3、在IGBT的柵射極間接上Rge=10-100K 電阻，防止在未接驅(qū)動(dòng)引線的情況下，偶然加主電高壓，通過米勒電容燒毀IGBT。所以用戶最好再在IGBT的柵射極或MOSFET柵源間加裝Rge。

四極管就有兩個(gè)柵極，一個(gè)和三極管中的柵極功能一樣(稱為控制柵極或者柵極1號(hào))，另一個(gè)(稱為簾柵或者柵極2號(hào))是用于減少控制柵極和金屬板間的電容。

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其特性

一、 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制器件，在功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管中較多采用的是V溝槽工藝，這種工藝生產(chǎn)地管稱為VMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它的柵極做成V型，有溝道短、耐壓能力強(qiáng)、跨導(dǎo)線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，故在功率應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)一種更好的叫TMOS管，它是在VMOS管基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，沒有V形槽，只形成了很短的導(dǎo)通溝槽。

二、 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本參數(shù)及符號(hào)

1.極限參數(shù)和符號(hào)

(1) 漏源極間短路時(shí)，柵漏極間的耐壓VGDS

(2) 漏源極間開路時(shí)，柵漏極間的耐壓VGSO

(3) 柵源極在規(guī)定的偏壓下，漏源極間耐壓VDSX

(4) 擊穿電壓BVDS

(5) 柵極電流IG

(6) 最大漏電極耗散功率PD

(7) 溝道溫度TGH，存儲(chǔ)溫度TSTG

2.電氣特性參數(shù)和符號(hào)

(1) 柵極漏電電流IGSS

(2) 漏極電流IDSS

(3) 夾斷電壓VP

(4) 柵源極門檻極電壓VGS(th)

(5) 導(dǎo)通時(shí)的漏極電流ID(on)

(6) 輸入電容Ciss

(7) 反向傳輸電容Crss

(8) 導(dǎo)通時(shí)的漏源極間電阻RDS(on)

(9) 導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間td(on)

(10)上升時(shí)間tr

(11)截止延時(shí)時(shí)間td(off)

(12)下降時(shí)間tf

這些參數(shù)反映了功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管在開關(guān)工作狀態(tài)下的瞬間響應(yīng)特性，在功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管用于電機(jī)控制等用途時(shí)特別有用。