用于控制、调节和开关的功率半导体器件需要较高的电压和较大的电流。功率半导体器件的开关动作受栅极电容的充放电控制,而栅极电容的充放电通常又受栅极电阻的控制。通过使用典型的+15V控制电压(UG(on)),IGBT导通,负输出电压为-5、-8、-15V时,IGBT关断。IGBT的动态性能可通过栅极电阻值来调节。栅极电阻影响IGBT的开关时间、开关损耗及各种其他参数,从电磁干扰(EMI)到电压和电流的变化率。因此,栅极电阻必须根据具体应用的参数仔细地选择和优化。

　　1 栅极电阻影响IGBT开关特性

　　每个IGBT开关特性的设定受外部电阻RG的影响。由于IGBT的输入电容在开关期间是变化的,必须被充放电,栅极电阻通过限制导通和关断期间栅极电流(IG)脉冲的幅值来决定充放电的时间(见图1)。由于栅极峰值电流的增加,导通和关断的时间将会缩短且开关损耗也会减少,减小RG(on)和RG(off)的阻值会增大栅极峰值电流。当减小栅极电阻的阻值时,需要考虑的是大电流被过快地切换时所产生的电流随时间变化特性di/dt。电路中存在杂散电感在IGBT上产生大的电压尖峰,这一效果可在图2所示的IGBT关断时波形图中观察到。图中的阴影部分显示了关断损耗的相对值。集电极-发射极电压UCE上的瞬间电压尖峰可能会损坏IGBT,特别是在短路关断操作的情况下,可以通过增加栅极电阻的值来减小Ustray,以消除由于过电压带来的IGBT被损毁的风险。快速的导通和关断会导致du/dt和di/dt较高,因此会产生更多的电磁干扰(EMI),从而可能导致电路故障。