减缓米勒效应四种技术的对比
mouser 2021-04-02

序言

当IGBT在开关时普遍会遇到的一个问题即寄生米勒电容开通期间的米勒平台。米勒效应在单电源门极驱动的应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关断期间会产生一个很高的瞬态dv/dt,这样会引发门极VGE间电压升高而导通,这是一个潜在的风险(如图1)。

“图1:下管IGBT因为寄生米勒电容而引起导通”图1:下管IGBT因为寄生米勒电容而引起导通

寄生米勒电容引起的导通

在半桥拓扑中,当上管IGBT(S1)正在导通, 产生变化的电压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 、内部集成门极驱动电阻RDRIVER ,如图1所示。电流大小大致可以如下公式进行估算:

“”

这个电流产生使门极电阻两端产生电压差,这个电压如果超过IGBT的门极驱动门限阈值,将导致寄生导通。设计工程师应该意识到IGBT节温上升会导致IGBT门极驱动阈值会有所下降,通常就是mv/℃级的。

当下管IGBT(S2)导通时,寄生米勒电容引起的导通同样会发生在S1上。

减缓米勒效应的解决方法

通常有三种传统的方法来解决以上问题:第一种方法是改变门极电阻(如图2);第二种方法是在在门极G和射极E之间增加电容(如图3);第三种方法是采用负压驱动(如图4)。除此之外,还有一种简单而有效的解决方案即有源钳位技术(如图5)。

独立的门极开通和关断电阻

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会产生很高的过压尖峰和门极震荡。

“图2:独立的门极开通和关断电阻”图2:独立的门极开通和关断电阻

增加G-E间电容以限制米勒电流

G-E间增加电容CG将影响IGBT开关的特性。CG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CG||CG’。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)。

“图3:G-E间增加电容”图3:G-E间增加电容

因为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。

采用负电源以提高门限电压

采用门极负电压来安全关断,特别是IGBT模块在100A以上的应用中,是很典型的运用。在IGBT模块100A以下的应用中,处于成本原因考虑,负门极电压驱动很少被采用。典型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

增加负电源供电增加设计复杂度,同时也增大设计尺寸。

有源米勒钳位解决方案

为了避免RG优化问题、CG的损耗和效率、负电源供电增加成本等问题,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。这种技术就叫有源米勒钳位技术(如图5)。

“图5:有源米勒钳位采用外加三极管”图5:有源米勒钳位采用外加三极管

增加三级管将增加驱动电路的复杂度。

结论

以上阐述的四种技术的对比如下表1

“”

在最近几年时间里,高度集成的门极驱动器已经包含有源米勒钳位解决方案并带有饱和压降保护、欠电压保护,有如AVAGO技术的ACPL-331J和ACPL-332J,对产品设计者和工业/消费生产商来说,这将降低设计的复杂度和产品尺寸。 

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
热门推荐
  • 相关技术文库
  • 硬件
  • 原理图
  • 信号完整性
  • EMI
  • EMC工程师常见的兼容性问题

    学习接触一门新的技术,总会遇到各种各样的问题,学习EMC也不例外。EMC(电磁兼容)包括EMS(电磁敏感度)和EMI(电磁干扰)两部分,通常我们所说的解决EMC问题,其实就是解决电子设备对外辐射干扰,或者如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰的问题。学习E

    昨天
  • 交流电路里,电流究竟是如何流动的呢?

    我们知道交流电是经由火线再流向零线的,然后又从零线一下子流向火线。那为何当我们碰到零线的时候并没有触电,但是碰到火线的时候又被触电?有的小伙伴开始好奇,在电力系统中,交流电路里,电流究竟是如何流动的呢? 要想解答这个问题,我们应该不得不从供

    昨天
  • 硬件设计学习的常规“套路”

    硬件设计是一门令人头疼的职业,一方面需要大量的技能,对工具、知识点要有全面的了解,使得硬件设计对于一个职场萌新来说,真是一脸懵逼。 另一方面,你所有的工作虽然都是围绕电路设计,最终的目标也是产出一个优秀的电路,能够满足各种要求,经历各种考验

    前天
  • 阻抗匹配的基本原理及设计方法

    阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,几乎不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。 阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是

    04-14
  • 电子新产品项目确立到量产的5阶段

    新产品设计开发与产品质量策划(APQP) 一、项目确立阶段 1、市场信息收集 公司最高决策层根据客户的要求和市场部预测确定新产品的发展方向,由市场部从客户取得新产品的订单、合同或协议后,搜集产品的相关资料,如技术协议及相关法规,产品规范含外观、 性能

    04-14
  • 入门硬件工程师行动指南

    注 | 文末留言有福利 硬件工程师通常分为四类:入门硬件工程师(在别人的指导下完成简单任务)、普通硬件工程师(能完成基本任务)、资深硬件工程师(主导项目并完成较难项目)和专家硬件工程师(主导项目并且在相关行业有所突破)。 如果你想成为一名专家硬

    04-13
  • 信号线中的共模扼流圈

    今天,一起探索下关于信号线中共模扼流圈的知识。 1 信号线用共模扼流圈的偏移改善功能 在信号线中使用共模扼流圈的目的在于消除共模噪音,由于共模扼流圈是变压器的应用元件,因此可以寄希望于差动传输电路的偏移改善功能。 在差动传输电路中,将两条线路设

    04-12
  • 设计实例看下耦合在电路中的作用

    我们在学习和生活中经常会遇见能量的相互传送问题,其实在电路中,能量也是需要被相互传送的,这里要提到“耦合”的概念。 耦合是指把能量从一个电路传送另外一个电路中去,耦合在模拟电路和数字电路中非常常见,微弱的信号可以耦合到放大电路进行放大,经过

    04-12
  • 一个功能完好的锂电池充放电管理电路方案

    锂电池特性 首先,问一句简单的问题,为什么很多电池都是锂电池? 锂电池,工程师对它都不会感到陌生。在电子产品项目开发的过程中,尤其是遇到电池供电的类别项目,工程师就会和锂电池打交道。 这是因为锂电池的电路特性决定的。 众所周知,锂原子在化学元素

    04-12
  • 二极管并联时,会发生什么?

    串联 在串联时,需要注意静态截止电压和动态截止电压的对称分布。 在静态时,由于串联各元件的截止漏电流具有不同的制造偏差,导致具有最小漏电流的元件承受了最大的电压,甚至达到擎住状态。 但只要元件具有足够的擎住稳定性,则无必要在线路中采用均压电阻

    04-08
  • 地线基础及常见的接地方式

    一、地线的作用 地线的主要作用就是当电器出现故障时,电源可能击穿(或:破坏)某些元件,使电器的外壳带电。将电器的外壳接地,可以使漏电保护装置 1. 信号“地”; 信号“地”又称参考“地”,就是零电位的参考点,也是构成电路信号回路的公共段,图形符号“

    04-13
  • 总结一下“地”的概念

    “地”是电子技术中一个很重要的概念。由于“地”的分类与作用有多种,容易混淆,故总结一下“地”的概念。 “接地”有设备内部的信号接地和设备接大地,两者概念不同,目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。 01 信号“地”

    04-01
下载排行榜
更多
广告
X
广告