基于电容分段反馈的绝缘栅双极型晶体管门极驱动

引用本文

杨阳, 王庆年, 龚依民, 吴翠翠, 姜海龙. 基于电容分段反馈的绝缘栅双极型晶体管门极驱动. 2016, 46(5): 1399-1404
YANG Yang, WANG Qing-nian, GONG Yi-min, WU Cui-cui, JIANG Hai-long. IGBT gate drive technology based on capacitance feedback in stage. Journal of Jilin University Engineering and Technology Edition, 2016, 46(5): 1399-1404 复制到剪切板

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基于电容分段反馈的绝缘栅双极型晶体管门极驱动

杨阳¹, 王庆年¹, 龚依民², 吴翠翠², 姜海龙²

1.吉林大学汽车工程学院,长春 130022

2.吉林大学物理学院,长春 130012

通信作者:龚依民(1966-),男,教授,博士.研究方向:电机控制.E-mail:gongym@jlu.edu.cn

作者简介:杨阳(1987-),男,博士研究生.研究方向:电机控制.E-mail:jlu_yang@vip.126.com

基金:国家自然科学基金项目(21327803)

摘要

将绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断过程分解为多个阶段,对IGBT关断过程中电压上升和电流下降采取分阶段电容耦合反馈从而独立控制dv/dt和di/dt,实现电磁辐射和关断电压反峰的双重约束。基于Pspiece模型仿真出不同反馈电容及门极电阻下的开关损耗和关断电压反峰,绘制出了相互之间的关系曲线,同时提出了一套优化系统参数的计算方法。选取英飞凌FS400R07A1E3_H5型IGBT模块,设计出了具备电容反馈的驱动电路,实验结果表明:在通过IGBT电流为400 A的情况下,采取电容反馈的驱动电路将反峰电压降低80 V左右,模块温升有所降低,验证了本文方法的正确性。

关键词: 车辆工程; 绝缘栅双极型晶体管; 开关损耗; 门极驱动; 电容反馈; 电压反峰

中图分类号:U461 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2016)05-1399-06

IGBT gate drive technology based on capacitance feedback in stage

YANG Yang¹, WANG Qing-nian¹, GONG Yi-min², WU Cui-cui², JIANG Hai-long²

1.College of Automotive Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China

2.College of Physics, Jilin University, Changchun 130012, China

Abstract

The Insulate Gate Bipolar Transistor (IGBT) turn-off process is decomposed into multiple stages. The capacitive coupling feedback is used in the rise of voltage and the fall of current in the IGBT turn-off process to control dv/dt and di/dt independently and to achieve double restraints of EMI and inverse peak voltage. The Pspiece model is used to simulate switching loss and inversed peak voltage under different feedback capacitances and gate resistances, the corresponding curve is drawn and a set of calculation methods for the optimization of the system parameters is put forward. The experiment is based on Infineon FS400R07A1E3_H5 IGBT modules and the drive circuit with capacitive feedback is designed. Experimental results indicate that when the current through IGBT is 400 A, the peak inverse voltage decreases by 80 V and the module temperature decreases in the feedback capacitive drive circuit. The correctness of the proposed theory is verified.

Keyword: vehicle engineering; insulate gate bipolar transistor (IGBT); switching loss; gate drive; capacitance feedback; peak inverse voltage

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0 引言

绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)广泛应用于各种换能领域, 大功率IGBT驱动是电力电子领域学者研究的热点, 尤其在新能源汽车领域, 高功率密度、宽电压工作范围的电机控制器(MCU)一直是工程师努力的方向。评价IGBT驱动可以从开关损耗、开关速度、集电压与发射极电压反峰(V_rpeak)以及电磁辐射^{[1, 2]}四方面出发, 其中V_rpeak由流经IGBT的电流瞬时关断产生的di/dt与杂散电感(L_σ)共同决定, 反向电压为V_rpeak严重影响IGBT的安全运行。文献[3]通过调节门极电阻R_g及输入电容C_ge、C_gc的方法降低反峰电压。文献[4, 5]通过双电平驱动延长开关过程的线性导通区域降低反峰电压。以上方法调节能力很有限, 反峰电压的降低以延长开关时间和增加开关损耗为代价。文献[6, 7]采用数字电路检测di/dt和dv/dt的变化实现门极驱动的闭环控制, 虽然能控制反峰电压及开关损耗, 但是电路过于复杂, 且系统的稳定性难以得到保证。文献[8, 9]采用电容反馈控制反峰电压, 对dv/dt的控制比较有效, 但对di/dt的控制效果有限, 另外有源控制增加了电路的复杂性。

本文采用电容反馈门极驱动方法, 同时将反馈过程分解为两个阶段, 实现di/dt和dv/dt的独立控制, 通过Pspiece模型定性仿真出反馈电容、门极电阻、反峰电压和开关损耗四者之间的关系。最后, 选取英飞凌FS400R07A1E3_H5型IGBT模块设计出具备电容反馈的驱动电路, 验证该方法可降低开关损耗和反峰电压。同时, 该方法对于提高纯电动、混合动力中的核心部件电机控制器(MCU)的功率密度, 以及拓宽MCU的电压应用范围有着重要意义。

1 IGBT开关分析

图1(a)为IGBT的等效模型, R_int为内部寄生电阻, C_gc、C_ge、C_ce为内部寄生极间电容, L_c、L_e为内部寄生电感, G为栅极; 图1(b)为IGBT驱动验证电路简图, $\begin{matrix} {L_{bus}}_{+} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {L_{bus}}_{-} \end{matrix}$ 为接触电感。图中以电感(L_load)、电阻(R_load)为负载, 脉冲宽度调制(PWM)驱动信号使电流在IGBT与续流二极管(FWD)之间切换。电路中内外寄生参数的存在使得IGBT的开关与理想波形存在很大的差异。

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	图1 IGBT等效模型与驱动简图Fig.1 IGBT equivalent model & drive diagram

图2为IGBT开通关断过程中的电压、电流波形图, 开通关断过程的细节描述如下:

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	图2 IGBT开通关断波形Fig.2 IGBT switching wave

(1)开通过程

t₀时刻之前, IGBT处于关断状态, t₀时刻, PWM信号翻转为高电平, 门极电流I_g开始向输入寄生电容C_ge充电, 门极电压U_ge上升; t₁时刻, 达到IGBT的门极开通阈值电压U_ge(th); t₁~t₂时刻, IGBT进入线性区, 集电极电流I_c随着U_ge的上升而上升, 对应桥臂FWD电流I_d开始下降, 与回路中杂散电感L_bus+产生的端电压Δ V=L_bus+* dI_c/dt, 与直流母线电压U_dc方向相反, 所以U_ce的值略有下降, t₂时刻达到最大负载电流; t₂~t₃时刻, FWD存在反向恢复过程, 反向恢复电流叠加至I_c上, 所以在t₂~t₃时间段内I_c出现一个向上的尖峰, FWD两端反向电压增加, IGBT两端的电压U_ce下降, 门极电流I_g开始向寄生电容C_gc充电, 充电电流为:

$\begin{matrix} I_{gc} = C_{gc} \times \frac{d U_{ce}}{dt} (1) \end{matrix}$

U_ge基本保持不变, U_ge进入开通米勒平台; t₃~t₄时刻, U_ce下降到饱和电压U_ce(set), 进入饱和区, I_c保持不变, U_ge上升到门极驱动电压最大值, IGBT进入饱和导通状态。

(2)关断过程

t₅~t₆时刻, PWM信号翻转至低电平, 寄生电容C_ge放电, U_ge下降; t₆~t₇时刻, U_ce开始上升, 寄生电容C_gc开始向C_ge充电, U_ge保持不变, U_ge进入关断米勒平台, t₇时刻U_ce上升至直流母线电压U_dc; t₇~t₈时刻, U_ge开始下降, 集电极电流I_c随着U_ge的下降而下降, 同时, 由于回路中存在杂散电感, 电感两端产生尖峰电压为:

$\begin{matrix} Δ U_{ce} = (L_{c} + L_{bus +}) \times \frac{d I_{c}}{dt} (2) \end{matrix}$

尖峰电压叠加在IGBT的集电极和发射极之间; t₈时刻, U_ge=U_ge(th), I_c出现拖尾电流, IGBT进入截止区; t₈~t₉时刻, U_ge继续下降到门极驱动电压最小值; t₁₀时刻, 拖尾电流减小到0, IGBT完全进入截止区, 整个关断过程结束。

2 电容分段反馈原理

上文描述中, IGBT开通与关断过程中的集电极电压上升率(dU_ce/dt)与寄生电容C_gc密切相关, 图3中方案1在集电极与门极之间添加反馈电容C_f1, 在U_ce发生变化时反馈电容中的电流为:

$\begin{matrix} I_{f 1} = C_{f 1} \times \frac{d U_{ce}}{dt} (3) \end{matrix}$

I_f1分别注入到推挽电路T₂和IGBT门极, 注入到IGBT的门极电流使得IGBT的关断时间延长, 从而控制了U_ce的电压上升率和电流I_c变化率。此方法虽然有效但存在诸多弊端, 首先, 反馈电流I_f1注入到IGBT门极的比例很难控制; 其次, 关断时间的延长将带来开关损耗的急剧增加。

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	图3 IGBT电容分段反馈等效图Fig.3 Equivalent chat of capacitance feedback in stage

针对方案1的缺点, 将反馈电容放置于IGBT集电极与门极推挽驱动管的基极之间(即图3中方案2), 在IGBT关断时PWM信号拉低, 推挽电路的驱动电阻一端被拉低至驱动负电压。推挽电路选取放大倍数较大的晶体管, 所需驱动电流较小。流经反馈电容C_f2的电流I_f2几乎全部注入到电阻R_ext上, 在电阻上形成电压为:

$\begin{matrix} U_{ext} = R_{ext} \times I_{f 2} (4) \end{matrix}$

V_ext经推挽放大电路作用于IGBT, 使IGBT门极电压有所抬升, IGBT由线性区向导通饱和区过渡, 实现了dU_ce/dt反馈闭环控制。图2中IGBT关断t₇~t₈阶段由于电流的变化与杂散电感的作用产生反向电压Δ U_ce, Δ U_ce的变化率dΔ U_ce/dt也将作用于反馈电容C_f2, 间接实现了对dI_c/dt反馈闭环控制。

与方案1相比, 方案2用很小的电容即可起到相同反馈效果, 但单电容反馈不能实现dI_c/dt和dU_ce/dt独立调节。方案3增加了一个超快恢复的稳压管ZD_f3和反馈电容C_f3, 其中ZD_f3稳定电压与母线电压一致, 反馈电容C_f3的反馈效应发生在图2中IGBT关断t₇~t₈阶段, 稳压管ZD_f3处于反向导通状态, 反馈电流为:

$\begin{matrix} I_{f 3} = C_{f 3} \times (L_{bus +} + L_{c}) \times \frac{\partial^{2} I_{c}}{\partial t^{2}} (5) \end{matrix}$

采用此方案的IGBT驱动波形(如图4所示)在米勒平台出现两次电压凸起, Δ U_ge1对应dU_ce/dt反馈, Δ U_ge2对应dI_c/dt反馈。综上, 方案3为最有效手段, 如何确定反馈电容就成为整个驱动系统的关键。

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	图4 方案3门极驱动波形Fig.4 Gate driver wave of scheme 3

门极电阻R_g确定:文献[10]中提出门极驱动电阻应满足:

$\begin{matrix} R_{g}^{2} \times C_{in} \geq 4 \times L_{g} (6) \end{matrix}$

式中:L_g的测量参考文献[2]; C_in选取最小值, 即C_in=C_ge。

电阻R_ext确定:IGBT门极驱动最大电流为:

$\begin{matrix} I_{gmax} = V_{cc} / R_{g} (7) \end{matrix}$

设推挽放大电路在最大电流时刻的放大倍数为Gain, 则可得出:

$\begin{matrix} R_{ext} = Gain \times R_{g} (8) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} Gain \end{matrix}$ 一般为10左右。

反馈电容C_f2确定:设定关断电压变化率为:

$\begin{matrix} K_{v 1} = d U_{ce} / dt (9) \end{matrix}$

流经C_f2的电流为:

$\begin{matrix} I_{f 2} = K_{v 1} \times C_{f 2} (10) \end{matrix}$

I_f2在R_ext上产生的电压为:

$\begin{matrix} I_{f 2} \times R_{ext} - V_{ee} = U_{miller} (11) \end{matrix}$

设U_miller为IGBT米勒平台电压, 最终选取反馈电容为:

$\begin{matrix} C_{f 2} = \frac{U_{miller} + V_{ee}}{R_{ext} \times K_{v 1}} (12) \end{matrix}$

式中:K_v1选取800~1000 V/μ s。

反馈电容C_f3确定:设定关断过程中电流变化率为:

$\begin{matrix} K_{i 1} = d I_{c} / dt (13) \end{matrix}$

IGBT的峰值电流为I_cmax, 反峰电压为:

$\begin{matrix} Δ U_{ce} = L_{σ} \times K_{i 1} (14) \end{matrix}$

电压上升到最高的时间为:

$\begin{matrix} Δt = I_{cmax} / K_{i 1} (15) \end{matrix}$

则流经C_f3的电流为:

$\begin{matrix} I_{f 3} = C_{f 3} \times \frac{dΔ U_{ce}}{dt} (16) \end{matrix}$

与确定C_f2的方法相同, 根据公式(11)最终选取

$\begin{matrix} C_{f 3} = \frac{(U_{miller} + V_{ee}) \times I_{cmax}}{K_{i 1}^{2} \times L_{σ} \times R_{ext}} (17) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} K_{i 1} 可以由设定反峰电压计算得出; L_{σ} \end{matrix}$ 可参考文献[3]。

3 模型建立及仿真分析

图5为利用Cadence软件构建出方案3的Pspiece仿真模型, 仿真步长为5 ns, 驱动信号周期为100 μ s, 占空比为60%, 系统母线电压为300 V, IGBT选取三菱额定电流300 A模块CM300DY-12E, ZD为300 V近似理想的稳压管, 推挽晶体管 $\begin{matrix} Q_{2} 、 Q_{1} \end{matrix}$ 为峰值电流20 A, 系统以单相电感为负载验证开关损耗及反峰电压的状况。表1~表4为仿真数据。

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	图5 Pspiece仿真原理图Fig.5 Pspiece simulation schematic diagram

表1 仿真实验反峰电压数据(C_f3=0 pF) Table 1 Data of simulation peak reverse voltage (C_f3=0 pF) V

表2 仿真实验关断损耗数据(C_f3=0 pF) Table 2 Data of simulation switching loss (C_f3=0 pF) mJ

表3 仿真实验反峰电压数据(C_f3=200 pF) Table 3 Data of simulation peak reverse voltage (C_f3=200 pF) V

表4 仿真实验关断损耗数据(C_f3=200 pF) Table 4 Data of simulation switching loss (C_f3=200 pF) mJ

4 实验结果

选取英飞凌FS400R07A1E3_H5型汽车级IGBT模块, 此模块广泛应用于新能源汽车电机控制器, 在电机控制器中增加反馈电路, 利用三相电感线圈为负载, 设定流经电感的额定电流为400 A, 图6为验证原理, 图7为搭建的实验平台。实验中R_ext经过计算后选取常值20 Ω , 首先测试方案3不同反馈参数下的IGBT关断效果, 图8为反峰电压实验数据曲线图, 图9为关断时间数据曲线图。图10为方案3的实际实验波形, 可以看出门极驱动波形与图4基本一致。

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	图6 实验三相电感负载等效图Fig.6 Equivalent diagram of three phase inductance load experiment

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	图7 实验实物图Fig.7 Experimental physical diagram

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	图8 门极电阻-反峰电压曲线Fig.8 Gate resistance-the peak inverse voltage curve

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	图9 门极电阻-关断时间曲线Fig.9 Gate resistance-cut-off time curve

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	图10 实验曲线(R_g=2 Ω , C_f2=200 pF, C_f3=200 pF)Fig.10 Experimental curve(R_g=2 Ω , C_f2=200 pF, C_f3=200 pF)

5 结束语

提出了一种分段反馈抑制反峰电压的方法, 通过反馈电容实现dI_c/dt和dU_ce/dt独立调节。该方法降低反峰电压的同时还减少了开关损耗, 拓宽了IGBT的电压应用范围, 提高了IGBT极端工况下运行的可靠性。通过理论计算为反馈电路提供参数选择的理论依据, 并利用仿真模型验证了方法的可行性, 最后将反馈电路应用于新能源汽车的电机控制器中, 实验结果表明, 电容分段反馈效果明显。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[1]	Consoli B A, Musumeci S, Oriti G, et al. An innovative EMI reduction design technique in power converters[J]. IEEE Trans Electromagn Compat, 1996, 38(4): 567-575. [本文引用:1]
[2]	王世杰. IGBT栅极驱动技术探讨[J]. 光学精密工程, 2000, 8(1): 76-78. Wang Shi-jie. Technique of IGBT gate driving[J]. Optics and Precision Engineering, 2000, 8(1): 76-78. [本文引用:2]
[3]	Volke A, Hornkamp M. IGBT Modules-Technologies, Driver and Application[M]. Munich, Germany: Infineon Technologies AG, 2011: 155. [本文引用:2]
[4]	Dulau L. A new gate driver integrated circuit for IGBT devices with advanced protections[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2006, 21(3): 38-44. [本文引用:1]
[5]	张兴亮, 郭立红, 张传胜, 等. CO₂激光器高压脉冲触发系统的设计[J]. 中国光学, 2012, 5(4): 416-422. Zhang Xing-liang, Guo Li-hong, Zhang Chuan-sheng, et al. Design of high-voltage pulse trigger system for CO₂ laser[J]. Chinese Optics, 2000, 8(1): 76-78. [本文引用:1]
[6]	Lobsiger Y, Kolar J W. Closed-loop IGBT gate drive featuring highly dynamic di/dt and dv/dt control[C]∥4th IEEE Energy Convers Congr Expo, Raleigh, NC, USA, 2012: 4754-4761. [本文引用:1]
[7]	Wang Z, Shi X, Tolbert L M, et al. A di/dt feedback-based active gate driver for smart switching and fast overcurrent protection of IGBT modules[J]. IEEE Trans Power Electron, 2014, 29(7): 3720-3732. [本文引用:1]
[8]	李明, 王跃, 高远, 等. 采用动态电压上升控制的1700 V大功率IGBT有源门极驱动技术[J]. 高电压技术, 2014, 40(8): 2513-2519. Li Ming, Wang Yue, Gao Yuan, et al. Active gate drive technology for 1700 V high power IGBT with dynamic voltage rise control[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(8): 2513-2519. [本文引用:1]
[9]	陈彦超, 冯永革, 张献兵. 用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路[J]. 光学精密工程, 2014, 22(11): 3145-3151. Chen Yan-chao, Feng Yong-ge, Zhang Xian-bing. Large current nanosecond pulse generating circuit for driving semiconductor laser[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(11): 3145-3151. [本文引用:1]
[10]	邓夷, 赵争鸣, 袁立强, 等. 适用于复杂电路分析的IGBT模型[J]. 中国电机工程学报, 2010, 30(9): 1-7. Deng Yi, Zhao Zheng-ming, Yuan Li-qiang, et al. IGBT model for analysis of complicated circuits[J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(9): 1-7. [本文引用:1]

1996

0.0

... 评价IGBT驱动可以从开关损耗、开关速度、集电压与发射极电压反峰(V_rpeak)以及电磁辐射^[1,2]四方面出发,其中V_rpeak由流经IGBT的电流瞬时关断产生的di/dt与杂散电感(L_{#cod#x003c3 ...}

2000

0.0

. 2000, 8(1):76-78 DOI:doi:10.3321/j.issn:1004-924X.2000.01.019

Technique of IGBT gate driving

IGBT栅极驱动技术探讨

Wang Shi-jie

王世杰

Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)as controllable switch, has been applied widely. Technique of gate driving is an important aspect in IGBT usage. In this paper, technique of gate driving and protection of IGBT are described. Three examples of IGBT gate driving circuit are presented.

绝缘栅双极二级管(IGBT)作为一种可控开关,获得了广泛应用.IGBT的栅极驱动技术是其应用的一个重要方面.在本文中着重讨论了IGBT栅极驱动及保护的基本问题,并介绍了几个新的应用实例.

... 式中:L_g的测量参考文献[2] ...

2011

0.0

... 文献[3]通过调节门极电阻R_g及输入电容C_ge、C_gc的方法降低反峰电压 ...

... Lσ可参考文献[3] ...

2006

0.0

... 文献[4,5]通过双电平驱动延长开关过程的线性导通区域降低反峰电压 ...

2012

0.0

. 2012, 5(4):416-422 DOI:doi:10.3969/j.issn.2095-1531.2012.04.016

Design of high-voltage pulse trigger system for CO₂ laser

CO 2 激光器高压脉冲触发系统的设计

Zhang Xing-liang , Guo Li-hong , Zhang Chuan-sheng

张兴亮, 郭立红, 张传胜

CO2激光器; 火花开关; 绝缘栅双极晶体管; 脉冲变压器

2012

0.0

... 文献[6,7]采用数字电路检测di/dt和dv/dt的变化实现门极驱动的闭环控制,虽然能控制反峰电压及开关损耗,但是电路过于复杂,且系统的稳定性难以得到保证 ...

2014

0.0

2014

0.0

. 2014, 40(8):2513-2519 DOI:doi:10.13336/j.1003-6520.hve.2014.08.036

Active gate drive technology for 1700 V high power IGBT with dynamic voltage rise control

采用动态电压上升控制的1700 V大功率IGBT有源门极驱动技术

Li Ming , Wang Yue , Gao Yuan

李明, 王跃, 高远

为了抑制大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断电压尖峰,提出了一种有源门极控制方法及其优化方法.该控制方法采用电容反馈关断电压上升率来控制驱动电路,通过具备定时功能的高速高增益放大器降低反馈电容的容值,补偿集电极电流输出响应相对于有源门极控制信号的延时,并保证所提出的有源门极控制方法仅在IGBT关断过程中工作,提高了电路工作的可靠性.通过SABER仿真分析了关键参数对该方法抑制关断电压尖峰效果的影响,提出了一套品质因数评价体系,用于定量评估不同参数下的控制效果.风力发电变流器在极端工况下的实验结果表明,所提出的方法使用较小容值的反馈电容依然能够在仅有400 V电压裕量的严厉条件下降低电流下降速率,从而保证了IGBT的安全工作.

... 文献[8,9]采用电容反馈控制反峰电压,对dv/dt的控制比较有效,但对di/dt的控制效果有限,另外有源控制增加了电路的复杂性 ...

2014

0.0

. 2014, 22(11):3145-3151 DOI:doi:10.3788/OPE.20142211.3145

Large current nanosecond pulse generating circuit for driving semiconductor laser

用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路

Chen Yan-chao , Feng Yong-ge , Zhang Xian-bing

陈彦超, 冯永革, 张献兵

根据脉冲式半导体激光器对功率、脉宽、上升沿的要求,同时考虑电脉冲的注入便于测试激光器的各种性能, 提出了一种以金属氧化物半导体场效应晶体(MOSFET)为开关器件,以雪崩晶体管为驱动器,可产生大电流、窄脉宽、陡上升沿脉冲的激光器驱动电路。讨论了预触发脉冲宽度和雪崩晶体管输出负载对MOSFET输出脉冲在幅度和波形上的影响以及如何通过调整耦合电阻来控制脉冲的"下冲"和振荡。实验结果表明:在0～200 V供电电压下,该电路在1 Ω电阻上产生了从0 A到148 A,具有陡上升/下降沿的10 ns级电脉冲。通过调整电路参数,可输出脉冲宽度窄至8.6 ns,幅度达到124 A的电脉冲。该驱动电路满足了脉冲式半导体激光器的工作要求和对器件测试的要求。

... 文献[8,9]采用电容反馈控制反峰电压,对dv/dt的控制比较有效,但对di/dt的控制效果有限,另外有源控制增加了电路的复杂性 ...

2010

0.0

. 2010, 30(9):1-7

IGBT model for analysis of complicated circuits

适用于复杂电路分析的IGBT模型

Deng Yi , Zhao Zheng-ming , Yuan Li-qiang

邓夷, 赵争鸣, 袁立强

A new insulated gate bipolar transistor (IGBT) model for simulation of complicated circuits was presented. It piecewise modeled the turn-on and -off transient of IGBT, and simulated the static characteristics by curve fitting method. High simulation speed, easy parameters determination and clear physical meaning are its key features. The equivalent circuit, structure, and parameter extraction of the model were described, and it was realized with the simulation tool of PSIM package. The parameters of the model were provided for an IGBT of FF300R12ME3 as an example. The model was used in analysis of switching characteristics, snubber circuit, and paralleled operation of the IGBT. The accuracy of the model was verified by the comparison between the simulated and experimental results.

推出一种适用于复杂电路仿真分析的绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)模型。模型分阶段模拟IGBT的开关瞬态过程，并采用曲线拟合的方式实现对IGBT稳态特性的建模。模型具有计算速度快、参数提取容易、物理概念明确的特点。描述模型的等效原理、构成和参数提取过程，并在PSIM软件包下建立其等效电路。以FF300R12ME3型IGBT为例给出了模型参数，并将模型应用于IGBT的开关特性分析、缓冲吸收电路设计以及IGBT的并联运行分析。仿真和实验结果对比证明了该模型的有效性。

... 门极电阻R_g确定:文献[10]中提出门极驱动电阻应满足: ...