IGBT的开关时间说明

IGBT开关时间说明

IGBT开关过程主要由栅极电压开关VGE由于栅极和发射极之间存在寄生电容艮，因此IGBT开关相当于对CGE假设充放电。IGBT初始状态为关断状态，即VGE为负压VGC-，后输出为带续流二极管的阻感负载。

由于寄生参数和负载特性的影响，IGBT实际的开关过程比较复杂，如图1所示IGBT图中格栅驱动波形理想化，集电极电流和集电极-发损射极电压波形大致为实际波形，只有细节理想化。

图1IGBT开关时间示意图

表1中列出了IGBT开关时间的定义，然后是IGBT具体介绍开关各阶段。

表1IGBT定义开关时间

开通时间

ton

ICBT开通时，VGE上升到0V后，VCE时间下降到最大值10%

开启延迟时间

td(on)

IGBT从集电极电流上升到最大值的10%开始VCE时间下降到最大值的10%

上升时间

tr

IGBT开启时，从集电极电流上升到最大值的10%，到达90%

关断时间

toff

IGBT关断时，从VCE下降到最大值的90%开始，到集电极电流在下降电流的切线上下降到10%为止的时间

下降时间

tf

IGBT关闭时，集电极电流从最大值的90%开始，在下降电流的切线上下降到10%

拖尾时间

tt

内置二极管中反向恢复电流消失所需的时间

拖尾电流

It

当内置二极管中正方向电流断路时，反方向电流峰值1.开通时间ton

开启时间也可分为两部分：开启延迟时间td(on)与上升时间tr，在此时间内IGBT主要工作在主动区。

当栅极和发射极之向增加阶跃式正向驱动电压时，对CGE开始充电，VGE开始上升，上升过程的时间常数由CGE一旦VGE达到开启电压VGE(th)之后，集电极电流Ic开始上升VGE上升至VGE(th)开始，到IC上升到负载电流IL这段时间定义为开启延迟时间的10%td(on)。此之后，集电极电流Ic继续上升，到Ic上升到负载电流IL90%时，这段时间称为上升时间tr。开启延迟时间td(on)与上升时间tr之和是开放时间ton。在整个开启时间内，我们可以看到电流逐渐上升，集电极-发射极之间的压降仍然相当可观，因此时间内产生了主要的开启损耗。

2．IGBT导通

IGBT主要在饱和区域工作。

IGBT集电极电流开启后Ic它仍将继续在彝族，并产生一个开放电流峰值。该峰值由阻感负载和续流二极管共同产生。如果峰值电流过大，可能会损失IGBT。Ic达到峰值后，负载电流将逐渐下降Ic与此同时，VCE也下降到饱和压降水平，ICBT进入相对稳定的导通阶段。本阶段的主要参数为负载确定的通态电流IL低饱和压降VCEsat，可见饱和区工作IGBT损失不是特别大。

3．关断时间toff

同开通时间ton同样，关闭时间toff也可分为两段：关节延迟时间td(off)，以及时间的下降tf。

当栅极和发射极之间的正向电压突然被取消并同时增加负压时，VCE然后开始下降。输入电容器仍然是下降过程的时间常数CGE由格栅驱动电路的电阻决定。VCE开始上升。但只要VCE小于VCC，因此，续流二极管处于截止状态，无法连续电流。IGBT集电极电流Ic在此期间没有明显下降。因此，从栅极发射极电压VCE降落到其开通值的90%开始，直到集电极电流下降至负载电流的90%为止；这一段时间被定义为关断延迟时间td(off)。

一旦上升的IGBT集电极-发射极电压超过工作电压VCC当续流二极管处于正偏置状态时，负载电流可转换为续流二极管，集电极电流从集电极电流下降IC由负载电流k90%下降到10%的时间称为下降时间tf。从图1可以看出，在IC在下降的同时，VCE会产生一个大大超过工作电压Vcc峰值主要由负载电感引起，其幅度和IGBT关闭速度呈线性关系。峰值电筐过高可能导致IGBT的损坏。

关闭延迟时间和下降时间tf之和称为关断时间toff。

4.拖尾时间，拖尾电流

相比于MOSFET，IGBT减少通态损失的新方法，但这种设计也导致了拖尾电流It，拖尾电流连续衰减至关闭状态的泄漏电流时间称为拖尾时间tt，由于在此期间，拖尾电流严重影响关闭损耗，VCE已经上升至工作电压VCC以上。拖尾电流的产生也告诉我们，即使在极发出关闭信号，IGBT值得注意的是，两个桥臂的驱动波形在设计驱动时应有足够的死区。