新型IGBT：单正向栅驱动降低电路复杂性

本文主要探讨了“单正向”栅驱动IGBT的简化驱动电路，旨在解决传统IGBT设计中因高dV/dt导致的瞬时集电极电流问题，以及负偏置栅驱动带来的电路复杂性。文章强调了理解和减小IGBT寄生电容的重要性，以及如何通过优化器件内部结构来减少dV/dt感生电流。 在IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的使用中，高dV/dt（电压变化率）可能导致桥式电路中的瞬时集电极电流，从而造成不必要的损耗。传统的解决方案是采用负偏置栅驱动，但这增加了电路设计的复杂性，并且不适用于高压集成电路（HVIC）栅驱动器，因为这些驱动器通常设计为地电位操作。 IGBT的电容特性是导致dV/dt问题的关键因素，包括集电极到发射极电容（CCE），集电极到栅极电容（CGC）和栅极到发射极电容（CGE）。当dV/dt快速变化时，这些电容间的动态相互作用可能导致器件意外开通。图2所示的半桥电路示例进一步说明了这种动态过程。 为了降低dV/dt感生电流，有几种策略可供选择：一是采用栅极负偏置，但这会增加驱动电路复杂性；二是减小IGBT的CGC寄生电容和多晶硅电阻Rg'；三是降低本征JFET（结型场效应晶体管）的影响。图3展示了负偏置关断时典型的IGBT电容曲线，其中“高原”特性表示电容值在VCE接近15V时才会显著下降。减小这个高原现象可以通过减少JFET的影响来实现，从而降低dV/dt感生开通的影响。 文章提到了IRGP30B120KD-E作为一款具有改进JFET特性和较小CCE的NPT IGBT实例，其设计有助于降低dV/dt问题。通过调整多晶体栅极宽度和使用特定的元胞设计几何图形，设计人员可以有效地减小JFET的影响，进一步优化IGBT性能。 "单正向”栅驱动IGBT简化驱动电路的研究是针对高dV/dt条件下如何优化IGBT性能、减少电路复杂性和提高系统效率的关键。通过理解并优化IGBT的电容特性，特别是减小JFET的影响，可以实现更简单、更可靠的驱动方案。