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更新时间: 2023-05-13
目前，大功率半导体器件(如IGBT和MOSFET)的发展趋势是在提升性能的前提下不断缩小芯片尺寸。减小芯片尺寸能减少器件的寄生电容，从而提高开关速率。因此，深入研究电路板上的关键回路越来越重要。电压源变频器(voltagesourceinverter，VSI)的两种典型开关工作方式的简化示意电路。在开关频率受限的大电流应用中，IGBT是**的器件。从高压侧(HS)续流二极管到低压侧IGBT的换流。电流**初是在高压侧二极管和相应反相半桥的IGBT形成的续流通道中。
一旦低压侧栅极驱动电路导通了IGBT，就会有短路电流经过高压侧二极管和低压侧IGBT。其结果是二极管电流降低，IGBT电流相应增加(自然换相：1〜2)，在开关期间，电感性负载的电流可视为常数。因此，杂散部件与该通道无关。开关速率由低压侧IGBT的导通和半桥的杂散电感来决定。要实现从低压侧IGBT到高压侧续流二极管的反向换流，低压侧IGBT上的压降必须大于直流总线电压，以导通续流二极管。因此，IGBT在与二极管换流(强制换相：2〜1)之前必须能同时承受高电压和大电流。
电压源变频器的临界电流路径被标为红色阴影，其特征是di/dt变化率高，这个特征也表现在对应的栅极驱动电路上。要保证栅极驱动电路安全的工作，就要大限度地减小杂散电感。尤其是高压侧栅极驱动电路，存在一个由低压侧二极管和电流通道上的阻性和感性压降所引起的，且幅度超过VS**小允许电压的负压，会导致电路工作异常。
其中一个解决方法是通过增加栅极电阻来降低开关速率，然而这却会大幅增加开关损耗。在这情况下，便需要优化电路板布局，充分利用电压源变频器的整体性能。为了去除功率区和信号区的耦合，两个区域的接地应当分开。栅极驱动器应尽可能靠近IGBT，且不要有任何回路或偏差。微控制器和栅极驱动之间的信号通道不是非常关键的。分立的IGBT管脚引线应尽可能短，以大限度地减少寄生电容和电感。封装在一起的6个IGBT和栅极驱动器的安排需要周密考虑。此外，散热片上的器件需要配备适当的绝缘片。许多情况下，电路板的边沿都需要有大块的散热片。
