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减缓米勒效应四种技术的对比

时间:2021-11-14 05:28:00

序文

当IGBT在开关时广泛会遇到的一个题目即寄生米勒电容守旧时期的米勒平台。米勒效应在单电源门极驱动的使用中影响是很明显的。基于门极G与集电极C之间的耦合,在IGBT关断时期会发生一个很高的瞬态dv/dt,如许会诱发门极VGE间电压降低而导通,这是一个潜伏的危险(如图1)。

“图1:下管IGBT由于寄生米勒电容而惹起导通”图1:下管IGBT由于寄生米勒电容而惹起导通

寄生米勒电容惹起的导通

在半桥拓扑中,当上管IGBT(S1)正在导通, 发生变迁的电压dV/dt加在下管IGBT(S1)C-E间。电流流经S2的寄生米勒电容CCG 、门极驱动电阻RG 、外部集成门极驱动电阻RDRIVER ,如图1所示。电流巨细大致能够以下公式举行预算:

“”

这个电流发生使门极电阻两头发生电压差,这个电压假如跨越IGBT的门极驱动门限阈值,将致使寄生导通。设想工程师应当意想到IGBT节温回升会致使IGBT门极驱动阈值会有所降低,平日便是mv/℃级的。

当下管IGBT(S2)导通时,寄生米勒电容惹起的导通同样会发生在S1上。

缓解米勒效应的解决要领

平日有三种传统的方法来解决以上题目:第一种方法是转变门极电阻(如图2);第二种方法是在在门极G和射极E之间增添电容(如图3);第三种方法是接纳负压驱动(如图4)。除此以外,另有一种简略而无效的解决计划即有源钳位手艺(如图5)。

自力的门极守旧和关断电阻

门极导通电阻RGON影响IGBT导通时期的门极充电电压和电流;增大这个电阻将减小门极充电的电压和电流,但会增添守旧消耗。

寄生米勒电容惹起的导通经由过程减小关断电阻RGOFF能够无效按捺。越小的RGOFF异样也能缩小IGBT的关断消耗,然而需求支出的价值是在关断时期因为杂散电感会发生很高的过压尖峰和门极震荡。

“图2:自力的门极守旧和关断电阻”图2:自力的门极守旧和关断电阻

增添G-E间电容以限定米勒电流

G-E间增添电容CG将影响IGBT开关的特点。CG分管了米勒电容发生的门极充电电流,鉴于这类情形,IGBT的总的输出电容为CG||CG’。门极充电要达到门极驱动的阈值电压需求更多的电荷(如图3)。

“图3:G-E间增添电容”图3:G-E间增添电容

由于G-E间增添电容,驱动电源功耗会增添,沟通的门极驱动电阻情况下IGBT的开关消耗也会增添。

接纳负电源以进步门限电压

接纳门极负电压来平安关断,特别是IGBT模块在100A以上的使用中,是很典范的应用。在IGBT模块100A如下的使用中,处于本钱缘故原由思量,负门极电压驱动很少被接纳。典范的负电源电压电路如图4。

“图4:负电源电压”图4:负电源电压

增添负电源供电增添设想复杂度,同时也增大设想尺寸。

有源米勒钳位解决计划

为了防止RG优化题目、CG的消耗和服从、负电源供电增添本钱等题目,另一种通过门极G与射极E短路的要领被采用来按捺由于寄生米勒电容致使的意想不到的守旧。这类要领能够在门极G与射极E之间增添三级管来完成,在VGE电压达到某个值时,门极G与射极E的短路开关(三级管)将触发事情。如许流经米勒电容的电流将经由过程三极管旁路而不至于流向驱动器引脚VOUT。这类手艺就叫有源米勒钳位手艺(如图5)。

“图5:有源米勒钳位接纳外加三极管”图5:有源米勒钳位接纳外加三极管

增添三级管将增添驱动电路的复杂度。

论断

以上论述的四种手艺的比照如下表1

“”

在比来几年时间里,高度集成的门极驱动器曾经包括有源米勒钳位解决计划并带有饱和压降维护、欠电压维护,有如AVAGO手艺的ACPL-331J和ACPL-332J,对产物设计者和工业/花费生产商来讲,这将下降设想的复杂度和产物尺寸。 

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