新型IGBT：高dV/dt环境下简化单正向栅驱动方案

"“单正向”栅驱动IGBT简化驱动电路" 在电力电子领域，IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种广泛应用的功率半导体器件，尤其在高电压、大电流的应用场合。传统的IGBT设计通常需要负偏置栅驱动，以防止在桥式电路中由于高速电压变化率（dV/dt）导致的瞬时集电极电流，这种现象称为dV/dt感生开通。负偏置栅驱动虽然能有效避免问题，但同时也增加了电路的复杂性，并且限制了高压集成电路（HVIC）栅驱动器的使用，因为这些驱动器通常是为地电位操作设计的。 “单正向”栅驱动IGBT的出现解决了这个问题，它具备应对高dV/dt环境的能力，不再需要负偏置，简化了驱动电路设计。这种新型IGBT器件经过与负偏置栅驱动IGBT的性能比较测试，在高dV/dt条件下表现出更优的性能，这标志着在保持可靠性的前提下，可以实现更简单、更高效的驱动方案。 理解dV/dt感生开通现象的关键在于分析IGBT的内部电容。IGBT有三个主要的寄生电容：集电极到发射极电容（CCE），集电极到栅极电容（CGC），以及栅极到发射极电容（CGE）。这些电容在桥式变换器设计中起到重要作用，它们影响了器件的动态行为。根据数据表，IGBT的电容可以被分类为输出电容（COES），输入电容（CIES）和反向传输电容（CRES）。 在半桥电路中（如图2所示），当高端IGBT导通时，低端IGBT的栅极会受到由发射极上的dV/dt引起的正电压脉冲。这个脉冲的幅度取决于栅驱动电路的阻抗和实际的dV/dt值。如果dV/dt感生电压超过了IGBT的阈值，未关闭的低端IGBT可能会意外开通，产生集电极电流，造成高损耗，特别是在集电极到发射极电压较高的情况下。 为了减少dV/dt感生开通的风险，新型的“单正向”栅驱动IGBT通过优化设计降低了集电极到栅极电容（C）和栅极到发射极电容（C）的比例，从而降低因dV/dt引起的电压脉冲幅值。这种优化设计使得IGBT能在更高的dV/dt环境中稳定工作，而不需要额外的负偏置保护，简化了驱动电路的同时，提高了系统的整体效率和可靠性。 “单正向”栅驱动IGBT的创新在于其能够在没有负偏置的情况下承受高dV/dt，降低了设计复杂性，增强了系统性能。这种技术进步为电力电子系统的设计者提供了更多的灵活性，使他们能够利用高压集成电路（HVIC）栅驱动器，以简化电路布局，同时确保IGBT在恶劣电气条件下的稳定运行。