柵極串聯電阻對柵極驅動波形的影響

　　柵極驅動電壓的上升和下降速率對IGBT的開啟和關閉過程有很大的影響。IGBT的MOS溝道直接受柵極電壓控制，MOSFET部分的漏極電流控制雙極部分的柵極電流，使得IGBT的導通特性主要由其MOSFET部分決定，因此IGBT的導通受柵極驅動波形影響較大。IGBT的關斷特性主要取決于內部少數載流子的復合率，少數載流子的復合受MOSFET關斷的影響，因此柵極驅動也影響IGBT的關斷。

　　在高頻應用中，驅動電壓的上升和下降速率應該更快，以提高IGBT的開關速率并降低損耗。

　　正常情況下，IGBT開啟越快，損耗越小。但是，如果開通時有續流二極管的反向恢復電流和吸收電容的放電電流，開通越快，IGBT承受的峰值電流越大，越容易造成IGBT損壞。此時應降低柵極驅動電壓的上升速率，即增加柵極串聯電阻的阻值，以抑制此電流的峰值。代價是較大的導通損耗。利用這種技術，可以將導通過程中的峰值電流控制在任意值。

　　從分析可以看出，門極的串聯電阻和驅動電路的內阻抗對IGBT的導通過程影響很大，而對關斷過程影響很小。串聯電阻小有利于加快關斷速率，降低關斷損耗，但過小會導致di/dt過大，集電極電壓尖峰大。因此，串聯電阻應根據具體設計要求綜合考慮。

　　柵極電阻也影響驅動脈沖的波形。電阻值過小會引起脈沖振蕩，過大會使脈沖波形的前沿和后沿延遲變慢。IGBT的柵極輸入電容Cge隨著其額定電流容量的增加而增加。為了保持驅動脈沖的上升沿和下降沿速率相同，具有大電流容量的IGBT器件應該具有大的上升沿和下降沿充電電流。因此，柵極串聯電阻的電阻值應隨著IGBT電流容量的增加而減小。

　　IGBT的過電流保護

　　IGBT的過流保護電路可分為兩類:一類是低倍數(1.2 ~ 1.5倍)過載保護；一種是高倍數(高達8 ~ 10倍)短路保護。

　　對于過載保護，不需要快速響應，可以采用集中保護，即檢測輸入端或DC鏈路的總電流。當該電流超過設定值時，比較器翻轉并阻斷所有IGBT驅動器的輸入脈沖，從而使輸出電流降至零。這種過載電流保護一旦激活，只能通過復位恢復正常運行。

　　IGBT能短時間耐受短路電流，耐受短路電流的時間與IGBT的飽和壓降有關，隨著飽和壓降的增大而延長。比如飽和壓降小于2V的IGBT可以承受短路時間小于5μs，飽和壓降3V的IGBT可以承受短路時間長達15μs，在4 ~ 5v可以達到30μs以上。存在上述關系是因為隨著飽和導通壓降的降低，IGBT的阻抗也降低，同時短路電流增大。短路期間的功耗隨著電流的平方增加，導致承受短路的時間迅速減少。

　　通常有兩種保護措施:軟關斷和降低柵極電壓。軟關斷是指在發生過流和短路時，直接關斷IGBT。而軟關斷抗干擾能力差，一旦檢測到過流信號就會關斷，容易造成誤動作。為了提高保護電路的抗干擾能力，可以在故障信號和保護電路啟動之間增加一個延時，但是在這個延時過程中故障電流會急劇上升，大大增加了功率損耗，也導致了器件的di/dt增加。因此，保護電路經常被啟動，而設備仍然是壞的。

　　降低柵極電壓的目的是當檢測到器件過電流時立即降低柵極電壓，但器件保持導通。柵壓降低后有一個固定的延時，在這個延時期間故障電流被限制在一個很小的值，降低了器件發生故障時的功耗，延長了器件的抗短路時間，并且可以降低器件關斷時的di/dt，對器件保護非常有利。如果延時后故障信號仍然存在，則器件關閉，如果故障信號消失，驅動電路可以自動恢復正常工作狀態，大大增強了抗干擾能力。