作為一名電力電子硬件工程師，我們在做測試時，經常會遇到一些比較“奇怪”的波形。說奇怪主要是因為這些波形要么非常難看，各種振蕩，要么很難分析，搞不清楚具體原因，有時候這些測試能整到你懷疑人生。

對于這些“奇怪”波形，一部分是由于測量原因造成的，有些確是實實在在的波形。分析不透的根本原因是我們對電磁學知識理解不夠深入，事實上任何一個波形都可以被科學的解釋。為了讓大家少走彎路，老耿從網絡上找了一些比較有代表性的波形，給大家解讀一下具體的機理，如果大家有比較好的素材也可以提供給我，幫大家分析分析！

案例: 圖1所示的IGBT門極開通電壓尖峰是怎么回事?

圖1a IGBT門極開通尖峰

圖1b IGBT門極開通尖峰

機理分析：

IGBT門極驅動的等效電路如圖2所示：

圖2. IGBT驅動等效電路

IGBT開通瞬間門極驅動回路相當于一個RLC串聯(lián)回路，其中：

Rg為驅動電阻Rg,ext和內部電阻Rg,int之和；

Cg為IGBT輸入電容Cies，門極電容Gge和米勒電容Cgc之和；

Lg為門極驅動回路的寄生電感Ls1。

數(shù)學可描述為二階微分方程：

老耿數(shù)學不太好，方程求解就不說了，后面直接看仿真。IGBT開通過程的理想波形如圖3所示，開通瞬態(tài)門極電壓尖峰主要發(fā)生在開通延遲階段（圖中未畫出門極電壓尖峰）。

圖3.IGBT開通理想波形

這個時候IGBT還沒有開通，由于開通瞬態(tài)IGBT輸入電容相當于短路，因此門極電流Ig快速上升至峰值電流，隨后門極電容會逐漸被充電至開啟閾值電壓Vge,th，米勒平臺Vgep，最后到Vcc，門極電流也逐漸減小至0。

開通瞬態(tài)門極電流的上升速率dIg/dt是非?？斓模梢赃_到幾十ns，一般情況下驅動推挽電路的上管開通速度越快，門極電阻越小，di/dt就會越大，因此尖峰也會越高。

搞清楚機理后，大家就應該知道這個尖峰對IGBT是沒有什么影響的，只是內部寄生電感上的尖峰，實際上此時IGBT真實的門極電壓Vge為0。

開通的時候存在電壓尖峰，關斷的時候也會存在，道理同上。大家仔細看一下圖1b中綠色的門極關斷波形，也會發(fā)現(xiàn)一個下垂的小尖峰。

仿真驗證：

為了驗證上面的分析，在saber軟件中搭建了一個簡單的雙脈沖測試電路，如圖4所示：

圖4. 雙脈沖仿真電路

IGBT是軟件自帶的仿真模型，門極驅動電阻為4Ω，驅動回路的寄生電感為10nH，仿真波形如圖5所示，開通暫態(tài)門極電壓有個向上的尖峰，關斷暫態(tài)有個向下的尖峰。

圖5. 門極尖峰仿真波形

有些小伙伴可能會發(fā)現(xiàn)，第二次開通IGBT集電極電流怎么沒有反向恢復電流啊，這是因為saber自帶的二極管模型無法仿真反向恢復特性。

總結：

①造成IGBT門極電壓尖峰的原因很多種，本文中提到的開通門極電壓的尖峰不會對器件造成任何影響，大家不用太擔心，其它原因造成的門極尖峰要具體分析，有可能會導致器件損壞。

②并不是所有的測試都能看到這個尖峰，測試尖峰的大小與驅動電路，待測器件以及探頭測試位置都有關系；

③電力電子應用過程中無論是功率回路的電壓尖峰還是驅動回路的電壓尖峰，都是由于寄生電感和快速的電流變化造成的，兩者缺一不可；

④ Saber在進行IGBT仿真時是比較精確的，遺憾的是目前Saber自帶的二極管模型無法仿真反向恢復特性。

好了，今天就給大家分享到這里，由于作者水平有限，以上內容若有不對之處，請大家批評指正！

審核編輯 ：李倩