igbt米勒平台形成的原理,解决方法-KIA MOS管
igbt米勒平台
米勒平台是IGBT在开关瞬间,由于集电极电压的快速变化通过内部寄生电容Cgc耦合到门极,导致驱动电流被“转移”而无法继续提升门极电压所造成的现象。
米勒平台形成的原理
1.寄生电容的存在:IGBT内部存在多个寄生电容,其中最关键的是栅极-集电极寄生电容(Cgc),也称为米勒电容。此外,还有栅极-发射极电容(Cge)和集电极-发射极电容(Cce)。
2.开关过程中的电压变化:当IGBT从关断状态开启时,驱动电流首先对Cge充电,使门极电压Vge上升。当Vge达到阈值电压后,IGBT开始导通,集电极电流(Ic)开始流动,同时集电极-发射极电压(Vce)开始从母线电压快速下降。
3.米勒效应的触发:Vce的快速下降(即高dv/dt)会通过米勒电容(Cgc)耦合到门极。此时,驱动器输出的电流不再用于提升Vge,而是主要流向Cgc,对其进行充电。由于Cge已基本充满,而驱动电流被Cgc“分流”,因此门极电压Vge会暂时停止上升,维持在一个相对稳定的电压水平,这个平台就是米勒平台。
4.平台的结束:当Vce下降至接近IGBT的饱和电压(Vcesat)时,其变化率(dv/dt)减小,通过Cgc的位移电流也随之减小。此时,驱动器的电流再次能够同时对Cgc和Cge充电,门极电压Vge才会继续上升,直至达到最终的驱动电压(如15V),完成开通过程。
改善米勒效应的方法
1.改变门极电阻
备注:Rgoff=(Rgon//Rgoff)
门极导通电阻Rgon影响IGBT导通期间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,但会增加开通损耗。
寄生米勒电容引起的导通通过减小关断电阻Rgoff可以有效抑制。越小的Rgoff同样也能减少IGBT的关断损耗,然而需要付出的代价是在关断期间由于杂散电感的存在会产生很高的过压尖峰和门极震荡;
总之,要减小米勒效应产生的过电压尖峰就是放大Rgon而减小Rgoff。
2.在门极G和射极E之间增加电容
G-E间增加电容Cge将影响IGBT开关的特性。Cge分担了米勒电容产生的门极充电电流,鉴于这种情况,IGBT的总的输入电容为Cge||Ccg。门极充电要达到门极驱动的阈值电压需要更多的电荷(如图3)。但G-E间增加电容,驱动电源功耗会增加,相同的门极驱动电阻情况下IGBT的开关损耗也会增加。
3.有源米勒钳位解决方案
为了避免Rg优化问题、Cge的损耗和效率等问题,另一种通过门极G与射极E短路的方法被采用来抑制因为寄生米勒电容导致的意想不到的开通。这种方法可以在门极G与射极E之间增加三级管来实现,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)将触发工作。这样流经米勒电容的电流将通过三极管旁路而不至于流向驱动器引脚VOUT。
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