IGBT窄脉冲现象的原因

什么是窄脉冲现象

IGBT作为一种功率开关，从门级信号到器件开关过程需要一定反应时间，就像生活中开关门太快容易挤压手一样，过短的开通脉冲可能会引起过高的电压尖峰或者高频震荡问题。这种现象随着IGBT被高频PWM调制信号驱动时，时常会无奈发生，占空比越小越容易输出窄脉冲，且IGBT反并联续流二极管FWD在硬开关续流时反向恢复特性也会变快。以1700V/1000A IGBT4 E4来看，规格书中在结温Tvj.op=150℃时，开关时间tdon=0.6us,tr=0.12us和tdoff=1.3us, tf=0.59us，窄脉冲宽度不能小于规格书开关时间之和。

窄脉冲现象的原因

从半导体基本原理上看，窄脉冲现象产生的主要原因是由于IGBT 或FWD刚开始开通时，不会立即充满载流子，当在载流子扩散时关断IGBT或二极管芯片，与载流子完全充满后关断相比，di/dt可能会增加。相应地在换流杂散电感下会产生更高的IGBT关断过电压，也可能会引起二极管反向恢复电流突变，进而引起snap-off现象。但该现象与IGBT和FWD芯片技术、器件电压和电流都紧密相关。

先要从经典的双脉冲示意图出发，下图为IGBT门极驱动电压、电流和电压的开关逻辑，从IGBT的驱动逻辑看，可以分为窄脉冲关断时间toff，实际是对应二极管FWD的正向导通时间ton，其对反向恢复峰值电流、恢复速度都有很大影响，反向恢复最大峰值功率不能超过FWD SOA的限制；和窄脉冲开通时间ton，这个对IGBT关断过程影响比较大，主要是IGBT关断电压尖峰和电流拖尾振荡。

图：驱动双脉冲

实际应用中那最小脉冲宽度限制是多少比较合理

查阅资料一些经验：

1、脉冲宽度ton对IGBT关断小电流（大约1/10*Ic）时影响较小，实际可以忽略。

2、IGBT关断大电流时候对脉冲宽度ton有一定依赖性，ton越小电压尖峰V越高，且关断电流拖尾会突变，发生高频振荡。

3、FWD特性随导通时间变短其反向恢复过程会加速，越短FWD导通时间会引起很大dv/dt和di/dt，尤其小电流条件下。另外，高压IGBT都给出明确最小二极管导通时间tonmin=10us。

审核编辑：汤梓红