射頻對(duì)IGBT線性電路有什么影響嗎？
典型的精密運(yùn)算放大（運(yùn)放）器可以有1MHz的增益帶寬積。從理論上講，用戶可能期望千兆赫水平的RF信號(hào)衰減到非常低的水平，因?yàn)樗鼈冞h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了放大器的帶寬范圍。然而，實(shí)際情況并非如此。事實(shí)上，包含在放大器內(nèi)的靜電放電（ESD）二極管、輸入結(jié)構(gòu)和其它非線性元件會(huì)在放大器的輸入端對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行“整流”。在實(shí)際意義上，RF信號(hào)被轉(zhuǎn)換成一種直流（DC）偏移電壓，這種DC偏移電壓添加了放大器輸入偏移電壓。
用戶也許會(huì)問：“對(duì)于由給定RF信號(hào)產(chǎn)生的DC偏移電壓，我如何確定其幅度？”其實(shí)，放大器對(duì)RF干擾的敏感性取決于該放大器所采用的設(shè)計(jì)和技術(shù)。例如，許多現(xiàn)代放大器具有內(nèi)置的RF濾波器，可盡量減少出現(xiàn)該問題的幾率。該濾波器對(duì)低增益帶寬運(yùn)放而言是最有效的，因?yàn)樵摓V波器的截止頻率可以設(shè)置成較低的頻率，這能提供更高的RF信號(hào)衰減系數(shù)。除此之外，一些技術(shù)產(chǎn)品具有更強(qiáng)的內(nèi)在抗RF干擾能力。例如，比起雙極型器件，大多數(shù)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件具有更強(qiáng)的抗RF干擾能力。輸入級(jí)設(shè)計(jì)等其它因素也可影響抗RF干擾能力。
考慮到所有這些因素，電路板和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)如何選擇放大器呢？答案是：要看電磁干擾抑制比（EMIRR）。該技術(shù)指標(biāo)類似于電源抑制比和共模抑制比，因?yàn)樗诜糯笃鞯妮斎攵藢F干擾的影響轉(zhuǎn)換成DC偏移電壓。作為一個(gè)例子，圖1展示了OPA333的EMIRR曲線。從曲線可注意到，當(dāng)頻率為1000MHz時(shí)該運(yùn)放具有120dB的EMIRR。這是非常高的抑制水平，使得直接把該曲線與其它器件的曲線進(jìn)行比較成為可能。
圖1
使用OPA333時(shí)EMIRR IN + 與頻率相比較的例子
EMIRR曲線展示了運(yùn)放被傳導(dǎo)的抗RF信號(hào)（該信號(hào)被應(yīng)用到非反相輸入端）干擾能力的測(cè)定值。術(shù)語“被傳導(dǎo)”是指該RF信號(hào)被直接應(yīng)用到使用阻抗匹配型印刷電路板（PCB）的運(yùn)放輸入端。此外，還對(duì)放大器輸入端的反射進(jìn)行了表征和說明。
最后，用數(shù)字萬用表測(cè)量由RF信號(hào)產(chǎn)生的DC偏移電壓。請(qǐng)注意，在放大器和萬用表之間使用了低通濾波器，以防止由穿過放大器的殘余RF信號(hào)引起的潛在錯(cuò)誤。圖2展示了用于表征EMIRR的測(cè)試電路。
圖2
用于表征EMIRR的測(cè)試電路
方程式（1）和（2）給出了EMIRR的數(shù)學(xué)定義。兩個(gè)方程式互為彼此的重置版本。方程式（1）展示了所用RF信號(hào)和偏移電壓的改變之間的關(guān)系。請(qǐng)注意所用RF信號(hào)的平方引起的偏移電壓變化。這意味著入射RF信號(hào)較小幅度的增加可導(dǎo)致偏移電壓的顯著增加。還請(qǐng)注意，術(shù)語EMIRR的作用是減弱RF信號(hào)的影響；換句話說，較大的EMIRR（dB）可使偏移電壓的變化大幅度減少。方程式（2）是在表征過程中用來計(jì)算EMIRR（dB）的方程形式。
其中
EMIRR（dB） —— 從被傳導(dǎo)的RF信號(hào)處測(cè)定的電磁干擾抑制比（以dB為單位）被應(yīng)用到非反相放大器的輸入端
｜△Vos｜ —— 是測(cè)定的偏移電壓（由RF干擾引起）變化
VRF_PEAK —— 是應(yīng)用到放大器非反相輸入端的峰值RF干擾
最后，請(qǐng)注意許多其它因素，如PCB布局和屏蔽，也可影響用戶系統(tǒng)的抗RF干擾能力。不過，一旦在用戶的設(shè)計(jì)中優(yōu)化了這些因素，使用具有良好EMIRR的放大器就可實(shí)現(xiàn)最佳性能。而且，用戶無需進(jìn)行任何復(fù)雜的計(jì)算。僅比較不同放大器的EMIRR曲線即可選擇最適合用戶應(yīng)用的器件。筆者希望用戶能利用EMIRR規(guī)范來優(yōu)化用戶系統(tǒng)抗RF信號(hào)干擾的能力。
IGBT模塊常見問題分析與考量：
IGBT是變頻器等電力電子產(chǎn)品中經(jīng)常用到的關(guān)鍵器件，正確地使用好IGBT是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)和前提?，F(xiàn)總結(jié)幾個(gè)常識(shí)性問題，以利于硬件設(shè)計(jì)人員加深對(duì)IGBT的認(rèn)識(shí)。
（1）輸出特性
IGBT的正向特性可以分為4個(gè)區(qū)間：飽和區(qū)、線性區(qū)、截止區(qū)和雪崩擊穿區(qū)。由于IGBT一般在變頻器中是用作開關(guān)功能的，故一般工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。如果驅(qū)動(dòng)能力不夠，可能會(huì)落到線性區(qū)引起過熱損壞；如果關(guān)斷時(shí)C-E間的電壓過高，則有可能使IGBT發(fā)生雪崩擊穿而損壞。
IGBT本身不像MOSFET那樣內(nèi)部有一個(gè)寄生二極管，所以在很多情況下會(huì)把一個(gè)二極管芯片與IGBT芯片封裝在一起。由于IGBT是非對(duì)稱器件，E-C間承受電壓的能力很差（通常只有十幾伏），由于并聯(lián)了反并二極管，所以承受的反壓會(huì)被鉗位，但某些情況下，由于二極管正向?qū)ㄌ匦圆畹仍颍Q位效果會(huì)大打折扣，反壓可能沖到很高，進(jìn)而導(dǎo)致IGBT反向擊穿而失效。
IGBT器件規(guī)格書中給的集電極電流Ic是在不考慮開關(guān)損耗情況下管子能夠流過的最大連續(xù)電流；也即只考慮導(dǎo)通損耗，不考慮其他損耗并且在一定溫度情況下管子所能承受的電流。我們實(shí)際使用時(shí)IGBT是工作在周期性地開通、關(guān)斷狀態(tài)的，而且開關(guān)頻率各不相同。所以從熱方面考慮，IGBT也絕對(duì)不能在額定電流下使用，具體能流過多大電流，要以結(jié)溫（包括穩(wěn)態(tài)結(jié)溫和瞬態(tài)結(jié)溫）計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。
集電極重復(fù)峰值電流Icm是管子在任何情況下都不能超過的最大峰值電流，該值受到結(jié)溫、鍵合線通電流能力、功率端子承受能力、擎住效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等的限制，熱僅僅是其中的一個(gè)限定條件。我們?cè)谠O(shè)定過流點(diǎn)、逐波限流點(diǎn)時(shí)要特別注意。
同樣，反并二極管的額定電流（富士稱為-Ic）也是不考慮開關(guān)損耗情況下管子能夠流過的最大連續(xù)電流，具體定義如下式：
?。?）門極加穩(wěn)壓管和電阻
門極加電阻是為了避免門極懸浮，將IGBT輸入電容中殘存的電荷泄放掉，避免誤開通。門極加穩(wěn)壓管是為了吸收異常的尖峰。
在實(shí)際工作中，很多新員工一般都不愿意加穩(wěn)壓管，理由是實(shí)際測(cè)試中門極電壓波形很好，沒有遇到過尖峰。試問研發(fā)階段的測(cè)試是否夠充分，是否能夠全面覆蓋市場(chǎng)應(yīng)用的各種惡劣條件。門極產(chǎn)生尖峰通常有兩種主要途徑：通過米勒電容耦合過來，或者通過發(fā)射極的寄生電感感應(yīng)過來。門極能夠承受的最高電壓一般為正負(fù)20V，只要幅值超了，不能時(shí)間多短都有造成物理性損壞的風(fēng)險(xiǎn)。若干經(jīng)驗(yàn)表明，因?yàn)殚T極電壓擊穿導(dǎo)致模塊失效的情況也是很常見的，是導(dǎo)致IGBT失效的主要原因之一，所以我們沒必要為了幾毛錢的事情在這上面糾結(jié)。
?。?）IGBT驅(qū)動(dòng)電壓的選擇
IGBT驅(qū)動(dòng)電壓可以分為開通電壓Vge（+）和關(guān)斷電壓Vge（-），我們通常用15V開通，用-8V左右電壓來關(guān)斷。
Vge（+）越高，飽和壓降Vce（sat）越小，但同時(shí)短路電流也越大，短路持續(xù)時(shí)間會(huì)下降。要注意，開通電壓并不是越大越好，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)到一定值后，再升高該電壓，Vce（sat）變化不大，但會(huì)導(dǎo)致充電電流增大，驅(qū)動(dòng)功耗增加，Vge容易產(chǎn)生尖峰電壓，上升時(shí)間變短，關(guān)斷延遲時(shí)間延長(zhǎng)。
關(guān)斷電壓Vge（-）通常選擇-5V或-8V，負(fù)壓關(guān)斷的好處是：加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗；防止誤開通，使關(guān)斷更可靠。負(fù)壓關(guān)斷的壞處是：驅(qū)動(dòng)電流增大，驅(qū)動(dòng)功耗增加；開通延遲時(shí)間增加。
?。?）IGBT驅(qū)動(dòng)電阻Rg的選擇
Rg對(duì)開通的影響：
開通損耗；
1.IGBT的電流尖峰（即二極管的反向恢復(fù)電流峰值）；
2.dV/dt;
二極管的反向恢復(fù)損耗。
Rg對(duì)關(guān)斷的影響：
1.關(guān)斷損耗（影響沒有對(duì)開通的大）；
2.di/dt（主要由芯片技術(shù)而定；Rg很大時(shí)才有明顯影響）；
3.dV/dt
選擇Rg時(shí)的明確下限為：規(guī)格書中開關(guān)損耗測(cè)試條件中的值；Rg的上限：要依據(jù)IGBT和二極管損耗、死區(qū)時(shí)間、Vge波形（是否有震蕩或尖峰）等而定，同時(shí)要考慮到驅(qū)動(dòng)器的輸出能力和驅(qū)動(dòng)器溫度。
?。?）結(jié)溫Tjmax和Tjop的定義
結(jié)溫是IGBT的最重要的參數(shù)之一，一般IGBT模塊的規(guī)格書中通常會(huì)給出一個(gè)Tjmax和一個(gè)Tjop，不同廠家間的定義略有差異，但基本思路都是一致的，即連續(xù)的、穩(wěn)定負(fù)載時(shí)結(jié)溫（穩(wěn)態(tài)結(jié)溫）不能超過Tjop；瞬態(tài)的、過渡過程時(shí)的結(jié)溫（瞬態(tài)結(jié)溫）不能超過Tjmax。下圖是三菱關(guān)于這兩個(gè)結(jié)溫的解釋，很好的說明了它們之間的差別，我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要明確遵守。
