IGBT的两级关断

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的两级关断(Two-stage turn-off)是一种优化关断过程的方法,主要用于减少关断时的电压过冲dv/dt(电压变化率)过高的问题,特别是在大功率应用中(如变频器、逆变器和高压直流输电等)。


为什么需要两级关断?

在 IGBT 关断时,集电极电流迅速下降,同时由于电感效应(电流突变导致电压尖峰),容易产生高电压过冲(V_ce spike),甚至可能超过 IGBT 的耐压极限,导致器件损坏。同时,dv/dt 过高可能引起寄生电流,影响电路稳定性。


两级关断的实现

基本原理

两级关断的核心思想是:

  1. 第一阶段(软关断):先以较小的栅极驱动电流逐步降低 IGBT 导通电流,从而限制 dv/dt 和电压过冲。
  2. 第二阶段(快速关断):当 IGBT 导通电流减少到一定程度后,再快速拉低栅极电压,使 IGBT 彻底关断。

实现方法

两级关断通常通过栅极驱动电路实现,主要方法如下:

  1. 双电阻关断(Two-stage gate resistor turn-off)

    • 在 IGBT 关断时,先通过较大电阻(R_soft_off)来限制关断速度,减少 dv/dt 和电压过冲。
    • 随后,在 IGBT 电流降低到一定水平后,切换到较小电阻(R_fast_off)加速关断。
  2. 双级电流源驱动

    • 采用两级电流源驱动电路,在 IGBT 关断初期提供一个较小的放电电流(限制 dv/dt),随后切换到较大的放电电流完成关断。
  3. 有源钳位(Active Clamping)

    • 在两级关断的基础上,增加一个 TVS(二极管稳压)或有源钳位电路,进一步抑制电压尖峰。

两级关断的优缺点

优点

减少电压过冲 ,降低 IGBT 损坏风险

降低 dv/dt ,减少电磁干扰(EMI)

提高系统可靠性,减少器件应力

缺点

❌ 需要更复杂的栅极驱动电路

❌ 可能会增加 IGBT 关断损耗(软关断阶段会有部分功率损耗)



总结

IGBT 两级关断 是一种优化关断过程的策略,通过先缓慢关断,后快速关断的方式,减少电压过冲和 dv/dt 影响,提高系统可靠性,特别适用于大功率、高压应用。

TIDA-01605 Schematic (Rev. A)

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