IGBT动态di/dt控制电路实现方法

杨磊 汪志 敬小勇

（1. 海军92351部队，三亚 572016；2. 北京交通大学电气工程学院，北京 210000）

0 引言

绝缘栅双极晶体管 IGBT是集功率晶体管GTR和功率场效应管 MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高（10-40 kHz）的特点，近年来被广泛应用于高电压、大功率场合。但是其在大容量的电能变换系统工作中随着IGBT的超速开通和关断，将在电路中产生高频幅值很高而宽度很窄的di/dt。di/dt过大，在电路存在大的换向回路电感情况下，形成很高的尖峰电压，有可能造成IGBT自身或电路中其他元器件因过电压击穿而损坏。应用常规的过电压吸收电路吸收不掉该尖峰电压。为了解决上述问题，最近国外[2-3]提出了一种di/dt控制电路。在实际应用过程中由于该控制电路外加电源太多，各节点电压出现变化而导致电路中镜像电流源工作失效，控制效果不好。

针对以上问题，本文提出一种具体的 di/dt控制电路。电路采用一个统一的24 V电源供电，通过改变调节电阻的值来调整注入或者抽取门极电流的值，减缓开关管IGBT的开通和关断速度，以达到控制开关电流上升率和下降率的目的。电路结构更简单，能消除文献[2-3]中存在的缺陷，同时保留了其优点。最后验证了该电路的可行性。

1 动态di/dt控制电路

图1所示为文献[3]提出的动态 di/dt控制电路。它由两个镜像电流源和一个差分电路所组成。通过改变 Vc的值来改变差分电路中注入或抽取门极电流的大小，从而改变di/dt的大小。

在通过对图1的电路进行仿真时，三极管Q4中的电流通过基极进入 Q3中，出现这种现象的原因是因为在外加电源的作用下，各节点电压出现变化而导致镜像电流源工作失效，因此本文提出一种改进后的IGBT动态di/dt控制电路，如图2所示：

图1 动态di/dt控制电路

在图 2中，差分支路的电源改为电阻 R1和R2组成。外加电源 Vc和 Vb的作用就是使差分支路中的一对三极管基极节点电压不同从而产生差分电流，电阻 R1和 R2上产生的电压就可以代替外加电源Vc和Vb的作用。通过调整电阻R1和R2的大小，就可以控制注入和抽取门极电流的大小，从而控制di/dt上升率和下降率。此电路采用一个统一的 24 V电源供电，也就避免了外加电源太多，各节点电压出现变化而导致镜像电流源工作失效情况的发生。

图2 动态di/dt改进控制电路（IGBT开通和关断状态）

2 仿真分析

此电路采用感性负载，IGBT选择PSPICE模型库中的BSM100GB100D。各参数值如下：母线电压Ed=50 V，Vcc=15 V，I0=5 A，VEE=-9 V ，Rg=40 Ω，L0=10 μH。在 Ln=50 nH的条件下，对R1(R1=R2)分别等于200 Ω和50 Ω时发射极电流进行仿真比较。

通过图3-8仿真分析的结果可以得出，取样电阻 R1越大，发射极电流变化率越小，补偿效果越好，特别是发射极电流下降率变化尤为明显。这与理论分析相吻合。

图3 R1=200 Ω时发射极电流波形

图4 R1=50 Ω时发射极电流波形

图5 R1=200 Ω时发射极电流上升波形

图6 R1=50 Ω时发射极电流上升波形

图7 R1=200 Ω时发射极电流下降波形

3 结论

本文提出了一种具体的di/dt控制电路，通过该改进电路，解决了在实际应用过程中由于文献[2][3]中 di/dt控制电路外加电源太多，各节点电压出现变化而导致电路中镜像电流源工作失效，控制效果不好的问题，达到了良好的控制效果。

图8 R1=50 Ω时发射极电流下降波形

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