IGBT(IPM)死区时间的设计方法

IGBT（IPM）死区时间的设计方法

1 基本原理推导

①IGBT及光耦开关时间的定义

IGBT开关时间定义光耦开关时间定义

②主电路构成

③逻辑上的死区时间与IGBT端子（C、E）死区时间的关系

下图给出了控制信号、驱动板输出电压和IGBT

端子（C、E）间电压的相位关系。

各延迟时间分别定义为：

t1：开通控制信号－驱动板开通电压信号输出的

延迟时间

t2：驱动板开通电压－IGBT开通输出延迟时间

t3：关断控制信号－驱动板关断电压信号输出的

延迟时间

t4：驱动板关断电压－IGBT关断输出延迟时间

（这里不考虑上下桥臂的差别）

逻辑上设定的死区时间（ＴＤ）与IGBT端子（C、

E）死区时间（ＴＤ’）的关系如下式。

ＴＤ'＝ＴＤ－（t3＋t4)＋(t1＋t2) （１）

因此逻辑上的死区时间(ＴＤ)随延迟时间

t1～t4的大小而变化成实际的死区时间（ＴＤ

'）。下面分别推导驱动板的延时 (ｔ１、ｔ３)和IGBT延时（ｔ２、ｔ４）。

2 关于死区时间的设计方法

对式ＴＤ'＝ＴＤ－（t3＋t4)＋(t1＋t2)进行变换得

ＴＤ＝ＴＤ'+（t3＋t4)-(t1＋t2)= ＴＤ'+（t3- t1)+(t4-t2)

剩下就是如何界定驱动板的延时 (ｔ１、ｔ３)和IGBT 延时（ｔ２、ｔ４）。设计方法就是分为这两部分进行设计的，分别IGBT 部分的死区时间和HIC 部分的死区时间。

（1）IGBT 部分的死区时间

①IGBT 开关时间的误差数据的收集及最大误差数据的算出

根据各个公司的IGBT 数据，算出IGBT 开关时间的误差数据（Tj ＝25℃）。根据σ及X ±4σ计算各IGBT 的X ±4σ.(误差最大)以下给出富士IGBT 的σ值供参考. ○

600V 系列 σ=0.041(最大) ○1200V 系列 σ=0.063(最大)

②结温为25℃和125℃时的开关时间比率计算

根据数据手册中的结温在25℃和125℃、电流为额定电流时的开关时间（ton，toff），计算温升比率（T125/T25）。 开关时间T（uS） 器件额定电流 符号 结温 Tj=125℃

时倍率 Min 值

Typ 值

Max 值 25 0.512 （typ-4σ）0.764 1.016

（typ+4σ） Ton

125

1.111 0.568 0.849 1.129 25 0.723 0.975 1.227 1MBI300N-120 Toff

125

1.474

1.065

1.437

1.808

※σ为富士推荐的最大值0.063。 ③结温为125℃时的开关时间计算

由①和②的结果，两者相乘，可以计算出结温为125℃时的开关时间。 ④驱动条件时Rg，Vge 的比率计算

由于数据手册中给出的数据的条件（Rg，Vge）与实际变频器驱动的条件不同，因此需要计算实际IGBT 驱动条件下的开关时间比率。 ⑤修正开关时间的计算

从4的结果可以及③的结果可以计算出考虑这些比率时结温为125℃时的开关时间。然后可

以分别求出ton、toff 的min 值，typ 值和max 值。 开关时间T（uS） 器件额定电流 符号 结温 Rg （Ω）Rg 倍率 Vge 倍率 Min 值 Typ 值 Max 值 Ton

125 1.205 0.828 0.567 0.847 1.126 1MBI300N-120 Toff

125

3．9

1.338

1.143

1.622

2.189

2.755

这里Rg、－Vge 的倍率是通过Rg－Ton、Toff 及－Vge 与Ton、Toff 的特性曲线求得。从上表1得到的数据乘以这两个倍率即得本表的数据，如0.568×1.205×0.828＝0.567。 ⑥IGBT 死区时间的计算

从⑤的开关时间中可以求出toff（max）-ton（min），至此IGBT 部的死区时间已经求出。 使用器件 Rg（Ω） toff（max）（uS） ton（min）（uS）Td（IGBT）(uS)1MBI300N-120 3．9

2.755

0.567

2.188

（2）驱动板部HIC 死区时间的设计方法

① 周围温度25℃与最大温度时的开关时间的计算

以M57962AL

为例说明，其各温度时的开关时间数据如下表。 开关时间T（uS） 驱动IC 符号 动作环境温度 Min 值 Typ 值 Max 值 25 0.3 0.5 1.0 TPLH 60 0.3 0.849 1.129 25 1.0 1.3 M57962AL

TPHL

60

1.5

②驱动板部HIC 死区时间的设计

环境温度为60℃时的死区时间为Td（HIC）=tpHL（max）- tpLH（min） 故根据上面的数据，计算得Td（HIC）=1.5- 0.3=1.2（uS）

（3）全死区时间的计算

当计算出IGBT 部分的死区时间和HIC 部分的死区时间后，全死区时间就可以计算出来了。 ＴＤ＝[tpHL（max）- tpLH（min）]+[toff(max)-ton(min)]

使用模块

使用驱动芯片 INV容量

(KW)

IGBT死区时间

Td（IGBT）(uS)

HIC死区时间

Td（HIC）(uS)

全死区时间

Td (uS)

1MBI300N-120

M57962AL

75 2.188 1.20 3.388