IGBT开通过程分析(三)

杂散电感对电流上升阶段Vce的影响

感性负载双脉冲测试电路如下图：

负载电感足够大，在开通过程中，负载电感的电流大小基本不变。理想条件下，续流二极管承受反向电压时， IGBT 集射极电压开始下降。

但是，实际工况条件下，主回路中存在一定的杂散电感。因此，在集电极电流上升过程中，二极管处于正向大电流偏置状态，其通态压降可以忽略不计，从而可以得到如下关系式:

Vce+Ls*dic/dt=Vdc

其中，Vce为IGBT 器件集射极电压; Ls为主回路杂散电感; ic为IGBT的集电极电流; Vdc为直流母线电压。因此，从电流上升的时刻开始， IGBT器件两端的电压就低于直流母线电压。即Vce=Vdc-Ls*dic/dt

结合Ic=at?得

Vce=Vdc-2aLs*t

由上式可知，集电极电流上升过程中，集射极电压近似线性下降; 且杂散电感越大，集射极电压下降速度越快。主回路杂散电感的值越大， IGBT的开通损耗越低，但是杂散电感越大，导致的电压过冲的可能性也会越大，导致器件损坏的可能性也越大，目前都是追求小的杂散电感。

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IGBT开通波形

IGBT的开通波形如下：

分为5各阶段：

①开通延迟阶段

在这个阶段中，驱动回路给输入电容充电，栅极电压逐步增加，当栅极电压到达阈值电压以后，IGBT开通，集电极电流开始增加。需要指出的是，阶段1 所示虚线圆圈内的栅极电压有一个斜率增加的过程，对应于栅极电压在上升的过程中，栅极输入电容变化的过程。

②电流上升阶段

在这个阶段中，MOSFET 沟道导通，由于电流上升速度非常快，短时间内栅极电压近似线性增长。当集电极电流IC小于负载电流时，IC可以用开口向上的二次函数拟合，此时的集射极电压随着集电极电流的增加而线性减小。

③集射极电压迅速下降过程

当IGBT集电极电流IC大于峰值电流IL+IRR以后，续流二极管承受反向电压，电流迅速减小，从而IGBT的电流也迅速减小。续流二极管在承受反向电压以后， IGBT的集射极电压迅速降低，耗尽区也迅速消失。耗尽区缩小的过程引起了栅极—集电极电容及其所带电荷量的迅速变化，如第二节所分析，栅极电压从而进入密勒平台阶段。从第2 阶段到第3 阶段，由于集射极电压的迅速下降，栅极电压Vge有一个电压跌落的过程。

④栅极平台阶段

这个阶段的特征之一是IGBT 电流的衰减过程，这由续流二极管的反向恢复特性决定。其次，IGBT集射极电压VCE继续减小，这是由于开通后IGBT 内电导调制区的扩大所引起。在这个过程中，靠近栅极侧的中性基区电势Vds不断降低，栅极电压的值基本不变。

⑤栅极电压继续上升阶段

这个过程中，驱动回路继续给栅极电容充电，IGBT集射极电压基本达到稳定通态压降， IGBT集电极电流等于负载电流。