【经验】一文教你如何理解IGBT开关频率上限

时间： 2019-09-20 来源：Vintotech

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开关频率是指IGBT在1秒内开关次数，而在确定的母线电压和导通电流下，IGBT每次开关都会产生一定的功率损耗，包括开通损耗、关断损耗和二极管反向恢复损耗。IGBT开关频率越高，开关次数就越多，功率损耗也就随之越高，乘以IGBT本身热阻和散热器热阻，IGBT温升也就越高，如果温度超出了IGBT上限，IGBT就会直接失效。本文将结合VINCOTECH的内置三菱第七代M7晶圆的IGBT模块来讨论IGBT开关频率上限和死区时间的关系。

刚说了开关频率是指IGBT在1秒内开关次数，但每个开关周期还有占空比，比如1kHz的开关频率，50%占空比，那意味着方波从开通到关断就是0.5ms。然而实际上IGBT在开关时是有开关延时，这个延时定义图1所示。

图1 IGBT开通延时和关断延时定义示意图

由上面可以看出，一个半桥上下桥臂IGBT在开关状态切换时，如果上管还在关断延时中，还没完全关断，下管就开始开通，这样就会出现上下桥臂直通短路现象。为此，我们在做IGBT驱动时，需要为上下管驱动设计一个死区时间，在死区时间内，上下桥臂两个IGBT同时处于关断状态。死区时间主要取决于关断延时比开通延时延迟多少。

以3300V的IGBT为例，IGBT死区时间一般都在10us左右，如果想做50kHz占空比50%的开关频率，对应一个周期是20us，那一次关断时间是10us，再减去10us死区时间，这个IGBT就不用开通了，只能永远保持关断状态。此时就可以理解IGBT开关极限频率的概念了--关断延时和死区时间导致的频率极限。但是这个极限频率比实际应用的开关频率高出很多，实际应用时，根据实际开关频率，还要综合考虑实际电流和散热方式等因素。

综合以上，可以看出关断延时越长，死区时间设计就需要设计的越长，导致理论上的开关频率上限就变低，反之，关断延时时间越短，开关频率上限就会提高。Vincotech的IGBT模块采用三菱第七代M7晶圆，具有关断延时小的优势，如图2所示，可以看出三菱第七代M7晶圆关断延时在200-300ns，相对于竞争对手短100ns以上，在设计死区时间时可以选择更短的时间，同时可以得出在同等电流和散热条件下，三菱第七代M7晶圆开关频率上限更具优势。

图2 Vincotech的三菱第七代M7晶圆关断波形对比示意图

当然，IGBT开关频率上限可以有多高，虽然上限取决于死区时间，但实际应用中还取决于散热和电流，不提散热和电流就问开关频率上限，这是许多初入工程师常犯的错误。

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