基本介紹
- 中文名：柵極電阻
- 拼音：shanjidianzu
- 解釋：採用了兩個按圖騰柱形式配置
- 套用：驅動器
基本介紹,計算,形成工藝,疑難解答,設計布局,
基本介紹
兩個MOSFET的柵極由相同的信號驅動。當信號為高電平時，N通道MOSFET導通，當信號為低電平時，P通道MOSFET導通，從而產生一個兩電晶體推輓輸出配置。MOSFET的輸出級可有一路或兩路輸出。根據輸出級有一路還是兩路輸出，可實現具有一個或兩個柵極電阻（導通，關斷）的用於對稱或不對稱柵極控制的解決方案。
保護IGBT的續流二極體的開關特性也受柵極電阻的影響，並限制柵極阻抗的最小值。這意味著IGBT的導通開關速度只能提高到一個與所用續流二極體反向恢復特性相兼容的水平。柵極電阻的減小不僅增大了IGBT的過電壓應力，而且由於IGBT模組中diC/dt的增大，也增大了續流二極體的過壓極限。通過使用特殊設計和最佳化的帶軟恢復功能的CAL（可控軸向壽命）二極體，使得反向峰值電流小，從而使橋路中IGBT的導通電流小。
計算
對於低開關損耗，無IGBT模組振盪，低二極體反向恢復峰值電流和最大dv/dt限制，柵極電阻必須體現出最佳的開關特性。通常在套用中，額定電流大的IGBT模組將採用較小的柵極電阻驅動；同樣的，額定電流小的IGBT模組，將需要較大的柵極電阻。也就是說，IGBT數據手冊中所給的電阻值必須為每個設計而最佳化。IGBT數據手冊中指定了柵極電阻值。然而，最優的柵極電阻值一般介於IGBT數據表中所列的值和其兩倍之間。IGBT數據表中所指定的值是最小值；在指定條件下，兩倍於額定電流可被安全地關斷。在實際中，由於測試電路和各個套用參數的差異，IGBT數據表中的柵極電阻值往往不一定是最佳值。上面提到的大概的電阻值（即兩倍的數據表值），可被作為最佳化的起點，以相應地減少柵級電阻值。確定最終最優值的唯一途徑是測試和衡量最終系統。使套用中的寄生電感最小很重要。這對於保持IGBT的關斷過電壓在數據表的指定範圍內是必要的，特別是在短路情況下。柵極電阻決定柵極峰值電流IGM。增大柵極峰值電流將減少導通和關斷時間以及開關損耗。柵級峰值電流的最大值和柵級電阻的最小值分別由驅動器輸出級的性能決定。
形成工藝
一種平板電容結構及平板電容、柵極和電阻的形成工藝方法，它可以簡化工藝，降低成本。在所述的平板電容結構中以多晶矽作為它的下極，在平板電容、柵極和電阻的形成工藝方法，它主要包括以下步驟，第一步，多晶矽化學氣相沉積成長，並全面磷注入；第二步，層間介質化學氣相沉積生長，並以光刻膠為掩膜刻蝕去除電容的下極及高阻以外的層間介質；第三步，金屬層濺射；第四步，阻擋氧化層化學氣相沉積成長；第五步，通過光刻膠掩膜刻蝕所述阻擋氧化層和所述金屬層，形成電容上極和柵極和電阻的金屬層，然後再用所述光刻膠和層間介質共同作掩膜刻蝕多晶矽，形成電容的下極和柵極、低阻層電阻、高阻層電阻的多晶矽。
疑難解答
為了能夠經受住套用中出現的大負載，柵極電阻必須滿足一定的性能要求並具有一定的特性。由於柵級電阻上的大負載，建議使用電阻並聯的形式。這將產生一個冗餘，如果一個柵極電阻損壞，系統可臨時運行，但開關損耗較大。選擇錯誤的柵極電阻，可能會導致問題和不希望的結果。所選的柵極電阻值太大，將導致損耗過大，應減小柵極電阻值。應銘記整個套用中的開關性能。過高的柵極電阻值可能會導致IGBT在開關期間在長時間運行線上性模式下，最終導致柵極振盪。然而，萬一電阻的功耗和峰值功率能力不夠，或者使用了非防浪涌電阻，都會導致柵極電阻過熱或燒毀。運行期間，柵極電阻不得不承受連續的脈衝流。因此，柵極電阻必須具有一定的峰值功率能力。使用非常小的柵極電阻，會帶來更高的dv/dt或di/dt，但也可能會導致EMI噪聲。
套用（直流環節）中的電感過大或者使用的關斷柵級電阻小，將導致更大的di/dt，從而產生過大的IGBT電壓尖峰。因此應儘量減小電感或者增大關斷柵級電阻值。為減小短路時的電壓尖峰，可使用軟關斷電路，它可以更緩慢地關斷IGBT。柵極電阻電路和IGBT模組之間的距離應儘可能短。如果柵極電阻和IGBT模組之間的連線過長，將會在柵極-發射極的通道上產生較大的電感。結合IGBT的輸入電容，該線路電感將形成一個振盪LC電路。可簡單地通過縮短連線或者用比最小值大的柵極電阻來衰減這種振盪。
設計布局
由於柵級電阻上的大負載，建議使用電阻並聯的形式。這將產生一個冗餘，如果一個柵極電阻損壞，系統可臨時運行，但開關損耗較大。每個並聯電阻有關功耗和峰值功率能力的性能，必須設計為滿足套用中的最大柵級電流。採用柵級電阻並聯的方式，也有利於增強熱擴散。
柵級電阻並聯的布局必須保證柵極電阻所產生的過大熱量不會使安裝在附近的元件過熱。在考慮布局時，必須為柵極電阻留出足夠大的冷卻區域。印刷電路板上合適的散熱器可用來實現更好的散熱。
