TOSHIBA东芝面向中大电流 单管IGBT 模块

　　TOSHIBA东芝面向中大电流IGBT／MOSFET推出内置保护功能的光耦:

　　东芝电子元件及存储装置株式会社（“东芝”）今日宣布，推出“TLP5231”，这是一款面向中大电流绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和MOSFET的预驱动光耦，适用于工业逆变器和光伏（PV）的功率调节系统。这款全新的预驱动光耦内置多种功能[1]，其中包括通过监控集电极电压实现过流检测。产品于今日起开始出货。

　　新型预驱动光耦使用外部P沟道和N沟道互补的MOSFET作为缓冲器，来控制中大电流IGBT和MOSFET。

　　目前现有产品[2]需要使用双极型晶体管构成的缓冲电路来实现电流放大，这会在工作中消耗基极电流。新产品能够使用外部互补MOSFET缓冲器，仅在缓冲器MOSFET的栅极充电或放电时消耗电流，有助于降低功耗。

　　通过改变外部互补MOSFET缓冲器的大小，TLP5231能够为各种IGBT和MOSFET提供所需的栅极电流。TLP5231、MOSFET缓冲器以及IGBT／MOSFET的配置可用作平台来满足系统的功率需求，从而简化设计。

　　其他功能包括：在检测到VCE(sat)过流后使用另一个外部N沟道MOSFET控制“栅极软关断时间”；另外，除了能通过监控集电极电压检测到VCE(sat)之外，还有UVLO[3]检测，将任意故障信号输出到一次侧。以上这些现有产品[2]不具备的新特性，能够让TLP5231帮助用户更轻松地设计栅极驱动电路。

　　基于IGBT模块驱动及保护技术:

　　IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

　　IGBT作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压，过高的电流变化率会引起过电压，为此需要采用软关断技术，因而掌握好IGBT的驱动和保护特性是十分必要的。

　　IGBT是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有μA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容(几千至上万pF)，在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数A的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。

　　IGBT作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压，过高的电流变化率会引起过电压，为此需要采用软关断技术，因而掌握好IGBT的驱动和保护特性是十分必要的。

　　栅极串联电阻对栅极驱动波形的影响:

　　栅极驱动电压的上升、下降速率对IGBT开通关断过程有着较大的影响。IGBT的MOS沟道受栅极电压的直接控制，而MOSFET部分的漏极电流控制着双极部分的栅极电流，使得IGBT的开通特性主要决定于它的MOSFET部分，所以IGBT的开通受栅极驱动波形的影响较大。IGBT的关断特性主要取决于内部少子的复合速率，少子的复合受MOSFET的关断影响，所以栅极驱动对IGBT的关断也有影响。

　　在高频应用时，驱动电压的上升、下降速率应快一些，以提高IGBT开关速率降低损耗。

　　在正常状态下IGBT开通越快，损耗越小。但在开通过程中如有续流二极管的反向恢复电流和吸收电容的放电电流，则开通越快，IGBT承受的峰值电流越大，越容易导致IGBT损害。此时应降低栅极驱动电压的上升速率，即增加栅极串联电阻的阻值，抑制该电流的峰值。其代价是较大的开通损耗。利用此技术，开通过程的电流峰值可以控制在任意值。

　　由以析可知，栅极串联电阻和驱动电路内阻抗对IGBT的开通过程影响较大，而对关断过程影响小一些，串联电阻小有利于加快关断速率，减小关断损耗，但过小会造成di/dt过大，产生较大的集电极电压尖峰。因此对串联电阻要根据具体设计要求进行全面综合的考虑。

　　栅极电阻对驱动脉冲的波形也有影响。电阻值过小时会造成脉冲振荡，过大时脉冲波形的前后沿会发生延迟和变缓。IGBT的栅极输入电容Cge随着其额定电流容量的增加而增大。为了保持相同的驱动脉冲前后沿速率，对于电流容量大的IGBT器件，应提供较大的前后沿充电电流。为此，栅极串联电阻的电阻值应随着IGBT电流容量的增加而减小。