IGBT開關特性與門極電阻的關系

       外部門極電阻RG會影響IGBT的開關特性。IGBT的開關過程就是對門極輸入電容的充放電過程，輸入電容在開關過程中是變化的，而門極電阻可以通過限制門極脈沖電流（IG）的幅值來控制IGBT開通和關斷的時間，如圖2所示。

圖2  IGBT開通和關斷時的門極電流示意圖

圖3  IGBT開關損耗和開關時間與門極電阻RG的關系

       減小門極電阻時需要考慮大電流快速開關帶來的di/dt問題。過大的di/dt會通過回路雜散電感產生很高的電壓尖峰，這個尖峰電壓可由公式（1）得出：

       這種電壓尖峰可以在IGBT的關斷波形中觀察到，如圖4所示，陰影部分的面積代表對應的開關損耗。過大的瞬時電壓尖峰疊加在IGBT的集電極和發射極上有可能損壞IGBT，尤其是在短路工況時，大電流關斷IGBT會引起很大的di/dt。通常增大門極電阻可以減小Vstray，降低IGBT過壓失效的風險。

圖4  IGBT開通與關斷波形

       在半橋拓撲中，需要在上下橋臂開關切換之間加入互鎖和死區時間，這時需要考慮門極電阻對開關時間的影響。比如較大的關斷電阻RG(off)會延長IGBT的下降時間，這樣實際的死區時間就有可能大于設置的最小死區時間，引起橋臂直通。

       過快的開關速度帶來更高的dv/dt和di/dt，會造成更惡劣的EMI環境，實際應用中可能會對控制電路等產生干擾。圖5描述了di/dt與門極電阻大小的關系。

圖5  IGBT開通關斷過程中di/dt與門極電阻的RG的關系

       表1描述了IGBT開關特性與門極電阻變化的關系。

表1  IGBT開關特性和門極電阻的關系