IGBT latch up effect
1英文名称编辑
Self-locking effect
2基本概念编辑
在IGBT内部寄生着一个N-PN+晶体管和作为主开关器件的P+N-P晶体管组成的寄生晶闸管。其中NPN晶体管的基极与发射极之间存在体区短路电阻，P形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对J3结施加一个正向偏压，在额定集电极电流范围内，这个偏压很小，不足以使J3开通，然而一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，导致集电极电流增大，造成器件功耗过高而损坏。这种电流失控的现象，就像普通晶闸管被触发以后，即使撤销触发信号晶闸管仍然因进入正反馈过程而维持导通的机理一样，因此被称为擎住效应或自锁效应。
3原因编辑
除过大的ic可能产生擎住效应外，当IGBT处于截止状态时，如果集电极电源电压过高，使T1管漏电流过大，也可能在Rbr上产生过高的压降，使T2导通而出现擎住效应。
可能出现擎住效应的第三个情况是：在关断过程中，MOSFET的关断十分迅速，MOSFET关断后图1(b)中三极管T2的J2结反偏电压UBA增大，MOSFET关断得越快，集电极电流ic减小得越快，则UCA=Es-R·ic增加得越快，duCA/dt越大，则J2结电容电流C2·duBA/dt≈C2·duCA/dt（C2为等效结电容）也越大。这个结电容电流经A点流过Rbr，又可能产生很大的压降UAE，使T2导通，产生擎住效应，使IGBT的关断失控。
引发擎住效应的原因，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是
duce/dt过大（动态擎住效应），温度升高也会加重发生擎住效应的危险。擎住效应曾经是限制IGBT电流容量进一步提高的主要因素之一，但经过多年的努力，自20世纪90年代中后期开始，这个问题已得到了极大的改善，促进了IGBT研究和制造水平的提高。
4预防方法编辑
为了防止这种关断过程中出现擎住效应，一方面应在IGBT集电极C-发射极E两端并联接入一个电容，减小关断时的duCE/dt，同时也可考虑增大图1(b)中门极驱动电路的电阻RG，以适当减慢MOSFET的关断过程，这种措施称为慢关断技术
深入学习高频脉冲变压器的设计
深入学习高频脉冲变压器的设计 但凡真正的KC人，都有不同程度的偏执，对一个问题不摸到根源绝不罢手—ehco 脉冲变压器属于高频变压器的范畴，与普通高频变压器工况有别。脉冲变压器要求输出波形能严格还原输入波形，前后沿陡峭，平顶斜降小。 在众多的制作实践中，随处可见脉冲变压器的身影。例如DRSSTC中的全桥驱动GDT（Gate Driving Transformers门极驱动变压器），感应加热电路中的GDT等等，相信KCer对其功能和重要性都有一定了解。但谈到如何具体设计一个符合规格的脉冲变压器，相信也还有不少人停留在简单的匝比计算或是经验设计层面，没有深入地研究。每每遇到磁芯的选择，匝数、线材的确定时，都无从下手。本文针对这些问题，在高压版black、ry7740kptv、山猫等大神的鼓舞下，将本人的学习心得形成图文与大家分享，旨在抛砖引玉。因本人水平有限，如若存在错漏，望斧正为谢。 下面从一个简易的GDT驱动电路说起 上图中，T1为脉冲变压器，当初级（左侧）为上正下负时，右侧输出上正下负信号，该信号通过D3、D4、C23、RG，给IGBT的Cge充电，当充电电压达到V GE（ON） 时IGBT的C、E开通，并且C23充电，C23的充电电压被D5钳制在8V。当T1输入为上负下正时，D3反向截止，T1的输出被阻断。在R15偏置电阻提供的偏流下，C23存储的电压构成反偏，迅速抽干Cge 存储的电荷，使IGBT快速关断。 那么，根据实测值或相关厂商数据，有以下已知数据。 1、IGBT型号：IKW50N60T 2、开关频率f s ：50KHz 3、栅极正偏电压+V GE ：+15V 4、栅极反偏电压-V GE ：-8V 5、脉冲变压器初级侧驱动电压：+24V 6、单个IGBT驱动电压占空比D：0.46 7、栅极电阻R G ：10Ω 8、IGBT管内栅极电阻R g ：0Ω 9、三极管饱和压降：Vces=0.3V 10、二极管压降：V DF =0.55V 11、GDT效率η：90% 一、计算IGBT驱动所需的峰值电流I GPK I GPK =（+V GE -（-V GE ））/R G +R g =23/5.1=2.3A 二、计算次级电流有效值I srms
收集的驱动变压器资料
（1）、驱动变压器的原边感量应该取大些，但是不能过大，过大会的导致Q值过高，从而在动态的时候会有问题。当电感量加大的时候，驱动波形中开起和关断的时候，震荡慢慢减小，最后消失 （2）、可能，高磁导率的磁芯绕制的变压器，可以获得更高的原边电感，减小激磁电流，因此可以减小所需的驱动电流。 用高磁导率的磁芯，匝比不变，电感一定，圈数可以少一点，寄生参数影响小，波形失真小 （3）、电感量越大阻抗越大，则耦合次级的波形越正常： （4）、问：电感量越高越好吗？？ 答：也不是肯定有个极限 一般来说前面有个隔直电容，那么就形成一个串联谐振电路，对于这个谐振电路1）如果L取得太大，就会造成谐振周期很大，可能起机稳定之前震荡中直流偏置复位不及时磁芯饱和，所以一般应该保持在10mH以下 2）另外与开关频率有关，一定要保证LC的谐振频率离驱动频率越远越好，否则在会造成电感上的电压=Q*Vdriver,驱动电压可能会飙升到几十伏去，而电感量越大其谐振频率越小越不容易进入开关频率周围，另外L越大Q越大其选频性能越好越不容易受到影响。 所以一般来说对于一个驱动电路基本上参数都是确定的，没有什么好改变的，隔直电容100nF左右，电感量1-10mH左右，磁芯大小只跟开关频率有关，频率大些就能选小点的磁芯 （5）、那么这里面有几个参数：Tr 上升时间，时间越短，也就是我们平常说的越陡，怎么才能做到这点，方波是由正弦波叠加二成，越到脉冲的边沿频率越高，而我们的变压器的分布电容和漏感组成低通滤波器，如国变压器绕制工艺不好，分布参数大，那么更多高频成分被滤除掉，那么就出现“丢波”那么上升沿就是斜线二不是直线了！ （6）、那么怎么改变分布参数呢？首先我们知道绕组越接近磁心表面漏感越小，绕组匝数越少，越容易作到这点；另外磁心的电感系数越高、磁导率越高，导磁能力越好，漏感越小。那么达到要求的电感量或者是初级阻抗的匝数越少。所以我们大多驱动变压器、网络变压器都用高导材料来做。另外在一个变压器中分布电容和漏感是两个矛盾的参数，但是通过绕制方法可以折中处理。 （7）、
开关电源隔离驱动变压器设计方案
开关电源隔离驱动变压器设计 因为电子设备的电路变得更为复杂，故要求成熟的电气工程设 计参数具有更加临界的数值。在设计电路的每一个阶段，精确的工程计算是基本的要求。同时，在其零部件设计时，这一点也是同样重要的。所以，必须精心地设计开关电源（SMPS中门脉冲驱动变压器的每一个零部件。 门脉冲驱动变压器在开关电源中被要求用来控制电路之间的 同步动作。这些器件用来为开头电源半导件元器件如高压功率MOSFET或IGBTs提供电脉冲。这种变压器也用作电压隔离和阻抗匹配。门脉冲驱动变压器是用来驱动电子开关器件门电路的基本脉冲变压器。设计这类变压器时，是假定其脉冲的上升、下降和上冲时间都是最佳的值。使用中要辨别它们是门脉冲驱动变压器还是其它变压 在基础门脉冲驱动变压器设计中，存在一系列设计变数，其中 的每个变数由其专项应用决定。它们的一些通用简图及其相应的转换关系见图1所示
1^:2 1 :1 1 : 2 3 1-------- ---------- 3 11-14OT ??? ? 2OT - 2OT2OL 40120T . wuw* a I'ttngon. com -4 2— 4 6 ■4OT (a) (b) (c} Ifll 代&门！ft 11咏冲驳戍变!L器的嗎电Jfi细态 典型的门脉冲驱动变压器是用铁氧体磁心设计制造的，这样可以降低成本。常用磁心的外形大多数是EE EER ETD型。它们都是 由“E”型磁心和相应的骨架组成。这些骨架可以采用表面安装法或通 孔安装法装配。在有些情况下，也采用环形磁心设计制作门脉冲驱动变压器。典型的脉冲变压器设计所要求的参数列于表1。
1、 单端正激式 单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器; 正激 ...
1、单端正激式 单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器； 正激——脉冲变压器的原/付边相位关系，确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边同时对负载供电。 该电路的最大问题是： 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。图中的D3与N3构成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。 2、单端反激式 反激式电路与正激式电路相反，脉冲变压器的原/付边相位关系，确保当开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边不对负载供电，即原/付边交错通断。脉冲变压器 磁能被积累的问题容易解决，但是，由于变压器存在漏感，将在原边形成电压尖峰， 可能击穿开关器件，需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。 从电路原理图上看，反激式与正激式很相象，表面上只是变压器同名端的区别，但电路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。
3、推挽（变压器中心抽头）式 这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。 主要优点：高频变压器磁芯利用率高（与单端电路相比）、电源电压利用率高（与后面要叙述的半桥电路相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。 主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高（至少是电源电压的两倍）。 5、半桥式 电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只开关管（T3、T4）换成了两只等值大电容C1、C2。 主要优点：具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器，如电子荧光灯驱动电路中。
技术：单正激驱动变压器的磁通复位问题分析
技术：单正激驱动变压器的磁通复位问题分析 引言 ?晶闸管触发驱动电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管 在需要的时刻由阻断转为导通。广义上讲，晶闸管触发电路通常包括驱动电 路以及对其触发时刻进行控制的相位控制电路。本文集中研究触发脉冲的放 大和输出驱动环节，有关相位控制电路在有关教科书中已有讨论。现今晶闸 管主要应用于交流—直流相控整流和交流—交流相控调压等，适用于这些应 用的各种驱动触发器都已集成化、系列化。例如目前国内生产的KJ系列和 KC系列的晶闸管驱动(触发)器，都可供研制选用。 ?为保证晶闸管可靠触发导通，门极的脉冲电流必须有足够大的幅值和持续 时间，以及尽可能短的电流上升时间。控制电路和主电路之间的隔离，通常 既可以通过光耦亦可以采用脉冲变压器来实现，这两种方式各有优缺点：光 电耦合隔离时两侧的电磁干扰小，但光耦器件需要承受主电路高压，有时还 需要在SCR侧有一个电源和一个脉冲放大器；采用脉冲变压器隔离的触发脉冲放大和驱动环节，优点是毋需另加驱动电源，多年来一直获得广泛应用。 然而，其脉冲变压器需要采取措施防止磁芯饱和。其电路拓扑结构虽然简单，但是所涉及的电磁作用原理及磁通复位和参数设计问题，还是比较复杂的， 本文就此类问题以及相关物理过程进行研究分析。 ?触发驱动电路结构和原理 ?图1给出了基于脉冲变压器和三极管放大器的一种常见的晶闸管触发驱动 电路，该驱动电路由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属 电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当开关管V1、V2导通时，电源电压 E2几乎全部施加在脉冲变压器的原边绕组上(R2为限流电阻，一般取值很小)，