CN102891669A - 驱动igbt的方法 - Google Patents

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房承炫
沈政煜
崔源寯
金敃志
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Abstract

本发明提供了一种驱动IGBT的方法，其中通过减小IGBT的栅极-发射极电压的斜率以减小施加在IGBT两端的瞬态电压。

Description

驱动IGBT的方法
技术领域
本公开涉及一种驱动IGBT的方法，尤其涉及一种驱动用作限流器的电力装置的IGBT的方法。
背景技术
IGBT（绝缘栅双极晶体管）是通过栅极-发射极端子的电压驱动装置，其结合了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）简单的栅极驱动特性和BJT（双极结晶体管）的高电流和低饱和电压性能。
IGBT具有类似MOSFET的高输入阻抗，以及BJT的高电流和低饱和电压性能。
图1A是图示出IGBT中使用的符号的示意图，其中D指二极管，C指集电极，E指发射极以及G指栅极。
图1B是图示出IGBT的关断特性的曲线图。如果栅极电压超过基于栅极静电容量的阈值电压，则IGBT被导通，并且如果栅极电压下降至低于阈值电压，则IGBT被关断。
在IGBT的切换过程中产生的集电极-发射极电压（VCE）由导线上的杂散电感和输入电压引起的瞬态电压产生。因此，存在对能够限制瞬态电压电平的IGBT驱动技术的需求。
图2是图示出根据现有技术的IGBT驱动方法的示意图。
参照图2，瞬态电压Vce在并联电路中在IGBT的两端产生，其中在流至IGBT 100的电流的关断操作过程中，常规的IGBT 100和无源元件R、L和C200并联连接。瞬态电压对损坏IGBT 100具有绝对影响。
缓冲电路（snubber circuit）300并联连接以防止常规IGBT电路中的瞬态电压。术语“缓冲器（snubber）”指的是用于减缓半导体装置中的瞬态电压所使用的辅助电路元件或者元件的组合。缓冲电路主要由RC（电阻器-电容器）或者RCD（电阻器-电容器-二极管）形成。然而，在高压设计中，缓冲电路300需要更多数量的无源元件，于是无源元件造成了在IGBT运行过程中产生附加损耗的问题。
发明内容
本公开旨在解决上述现有技术的问题，因此本发明的特定实施例的目的是提供一种驱动IGBT的方法，其被配置为控制作为IGBT控制信号的栅极-发射极电压的斜率。
在本公开的一个总体方案中，提供了一种驱动IGBT的方法，其被配置为减小在IGBT驱动IC（集成电路）的关断过程中施加在IGBT两端的瞬态电压，所述方法包括：减小IGBT的栅极-发射极电压的斜率以减小IGBT两端的瞬态电压。
优选地，但非必须地，减小IGBT的栅极-发射极电压的斜率的步骤是通过改变IGBT驱动IC的内部电阻来执行的。
优选地，但非必须地，所述IGBT驱动IC的内部电阻被改变为大致25kΩ。
优选地，但非必须地，减小IGBT的栅极-发射极电压的斜率的步骤是通过延长IGBT的阈值电压的保持时间来执行的。
根据本公开的驱动IGBT的方法具有的有益效果在于：通过控制作为IGBT的控制信号的栅极-发射极电压的斜率以及通过减小IGBT的电流关断过程中的电流的斜率，能够有效地减小在电流关断过程中施加在IGBT两端的电压。
附图说明
附图仅以示例的方式而非限制性的方式描述了根据本发明构思的一个以上示例性实施例。附图中，相似的附图标记表示相同或相似的元件。
因此，参照示例性附图，通过下面对特定示例性实施例详细的描述，大量潜在的实用和有用的实施例将变得非常容易理解，在附图中：
图1A是图示出IGBT中使用的符号的示意图；
图1B是图示出IGBT的关断特性的曲线图；
图2是图示出根据现有技术的IGBT驱动方法的示意图；
图3是图示出根据本公开的示例性实施例的驱动IGBT的方法的示意图；
图4A是图示出根据本公开的示例性实施例的VGE的变化斜率的图；以及
图4B是图示出图4A的IGBT两端的电压的曲线图。
具体实施方式
通过参照附图的图1至图4来最佳地理解所公开实施例及其优点，相似的附图标记用于表示各个附图的相似的和对应的部件。在考查下列附图和详细说明时，对于本领域的一个普通技术人员来说，所公开实施例的其他特征和优点将会或者将变得显而易见。旨在将所有这样的其他特征和优点包括在所公开实施例的范围内，并使其受到附图的保护。此外，所图示的附图只是示例性的，并且无意声称或者隐含对可以实现不同实施例的环境、结构或者过程的限制。因此，所描述的方案有意囊括所有落入本发明的范围和新颖构思内的这样的替换、改进和变化。
同时，此处使用的术语只是出于描述具体的实施方式的目的，而无意限制本公开。此处，术语“第一”、“第二”等不表示任何次序、数量或者重要性，而是用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第二构成元件可以表示为第一构成元件，并不会偏离本公开的范围和精神，类似地，第一构成元件可以表示为第二构成元件。
如此处所使用的，术语“一（a）”和“一（an）”不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所指事物。就是说，如此处所使用的，单数形式的“一（a）”、“一（an）”和“这个（the）”意图也包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。
应理解的是，当提及一个元件“连接到”或者“联结到”另一个元件时，其可以是直接连接到或者直接联结到其他元件，或者也可以存在介入元件。相反，当提及一个元件“直接连接到”或者“直接联结到”另一个元件时，则不存在介入元件。
应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包含（comprise）”和/或“包含着（comprising）”，或“包括（includes）”和/或“包括着（including）”时，其明确指明了所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个以上其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或者附加。
此外，“示例性”仅仅意图表示举例的意思，而不表示最佳的意思。还应了解的是，为了简化和易于理解的目的，此处描述的特征、层和/或元件相对于彼此以特定的尺寸和/或方向图示出，而实际的尺寸和/或方向与所图示的可以基本上不同。
也就是说，在附图中，为了清晰起见，可以扩大或者缩小层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸。全文中，相似的标记表示相似的元件，并且，将省略彼此完全相同的解释。如此处可能使用的，术语“大致上”和“大约”为其相应术语和/或事物之间的关系提供了工业上接受的容差。
下面将参照附图详细描述根据本公开的驱动IGBT的方法。
为了去除图2中的缓冲电路300，并且为了减小在IGBT电流关断操作过程中IGBT两端的瞬态电压，本公开提出一种通过用于控制IGBT电流的改变VGE特性的方法。也就是说，本公开使用IGBT切换技术，而不形成缓冲电路，以防止IGBT被瞬态电压损坏。
图3是图示出根据本公开的示例性实施例的驱动IGBT的方法的示意图。
参照图3，根据本公开的IGBT驱动由IGBT驱动IC（未示出）实施。也就是说，尽管未示出，但是根据本公开的IGBT驱动由连接至IGBT的IC（集成电路）实施。
如图所示，IGBT驱动电路由IGBT 10和包括电阻器R、电感器L和电容器C的无源元件20并联形成，并且IGBT驱动IC（未示出）被配置为将控制信号传送至IGBT 10。
IGBT 10两端的瞬态电压Vce或者在IGBT 10的关断操作过程中的尖峰电压由Ldi/dt确定，其中L指并联连接的无源元件20中包括的电感器的电感，di/dt指在关断操作过程中的电流的斜率。
也就是说，要么减小电感L，要么减小关断电流的斜率以减小瞬态电压。然而，由于电路配置，减小电感L是受限的，于是减小电流的斜率将是更加有效的。
因此，本公开提出一种改变VGE的斜率的方法，其中VGE是为了减小关断电流的IGBT的控制信号。也就是说，IGBT上导通的电流的电平响应于作为IGBT的控制信号的VGE的值而改变，使得在IGBT关断操作过程中的电流斜率能够通过VGE的控制来减小。
图4A是图示出根据本公开的示例性实施例的VGE的变化斜率的曲线图，以及图4B是图示出图4A的IGBT两端的电压的曲线图。
参照图4A和图4B，根据本公开的示例性实施例的驱动IGBT的方法为改变VGE的斜率，也是改变IGBT驱动IC（未示出）的内部电阻的方法。
也就是说，从图4A可以注意到，当IGBT驱动IC的内部电阻为25kΩ而不是5kΩ时，VGE的斜率减小，其中可以注意到，IGBT两端的电压VIGBT也减小了。
如上所述，驱动IGBT的方法为通过增加IGBT驱动IC的内部电阻来减小VGE的斜率，由此减小IGBT两端的电压。
然而，应显而易见的是，减小VGE的斜率的方法不限于增加IGBT驱动IC的内部电阻，而是能够例如通过延长阈值电压的保持时间来实现。
驱动IGBT的方法提出一种减小VGE的斜率的方法，其中VGE是为了减小关断电流的斜率从IGBT驱动IC输入的IGBT的栅极-发射极控制信号。传导至IGBT的电流的电平由作为IGBT的控制信号的VGE的值改变，其中在IGBT的关断操作过程中，电流的斜率能够通过VGE的控制而减小。
根据本公开的驱动IGBT的方法具有的工业实用性在于：通过控制作为IGBT控制信号的栅极-发射极电压的斜率以及通过减小IGBT的电流关断过程中的电流的斜率，能够有效地减小在电流关断过程中施加在IGBT两端的电压。
尽管已参照数个其图示的实施例描述了本公开，但应理解的是，本领域技术人员能够设想出许多落入本公开原理的精神和范围内的其他改进和实施例。
尤其是，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内，可以对主题组合布置的组成部件和/或布置方式进行各种变化和改进。除了对组成部件和/或布置方式的变化和改进以外，对本领域技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。

Claims (4)

1.一种驱动绝缘栅双极晶体管的方法，其被配置为减小在绝缘栅双极晶体管驱动集成电路的关断过程中施加在绝缘栅双极晶体管两端的瞬态电压，所述方法包括：减小绝缘栅双极晶体管的栅极-发射极电压的斜率以减小绝缘栅双极晶体管两端的瞬态电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，减小绝缘栅双极晶体管的栅极-发射极电压的斜率的步骤是通过改变绝缘栅双极晶体管驱动集成电路的内部电阻来执行的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述绝缘栅双极晶体管驱动集成电路的内部电阻被改变为大致25kΩ。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，减小绝缘栅双极晶体管的栅极-发射极电压的斜率的步骤是通过延长绝缘栅双极晶体管的阈值电压的保持时间来执行的。
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