如何正确计算并最大限度减小IGBT的死区时间

如何计算IGBT模块所需最小死区时间？
1 引言
在现代工业中，IGBT器件在电压源逆变器中的使用越来越广泛。为了确保可靠地使用IGBT，必须避免出现桥臂直通现象。桥臂直通会产生额外的不必要功耗甚至热失控，可能会导致IGBT甚至整个逆变器出现故障。

IGBT桥臂直通的原因
典型的IGBT一个桥臂拓扑电路如下图所示，正常工作时，两个IGBT交替开通和关断，如果将两个IGBT管同一时间导通将会导致电流的上升，该电流仅受限于IGBT DC-link的杂散电感。

Figure 1 Typical configuration of a voltage source inverter
当然，没有人会故意将两个IGBT同时开通，但由于IGBT并不是一个理想的开关，开通和关断时间并不是严格相同。为了避免桥臂直通，总是推荐添加一个所谓的“互锁延迟时间”或称为“死区时间”到控制机制。这样，一个IGBT总会先关断，另一个在经过期望的死区时间后被开通。因此，可以避免由于不对称的开通和关断时间造成的桥臂直通现象。

死区时间对逆变器工作的影响
死区时间一般有两种，一是控制死区时间，二是有效死区时间。控制死区时间是在控制算法里执行的死区时间，是为了获得器件端合适的有效死区时间，设置控制死区时间的目标是为了确保有效死区时间总是正值。由于实际计算的控制死区时间总是基于最坏的情况，有效死区时间是控制死区时间的重要部分。
死区时间一方面可以避免桥臂直通，另一方面也会带来不利影响。为了阐明死区时间的影响，我们考虑电压源逆变器的一个桥臂，如图2所示。假设首先输出电流的方向如图所示，IGBT管T1从开到关，IGBT管T2经过微弱的死区时间后从关到开。在有效死区时间内，两个管子都在断态，续流二极管D2传导输出电流。因而负边DC link电压施加到输出端，这种转换是被期望的。另一种情况，IGBT管T1从关到开，T2管从开到关，然后，D2仍然在死区时间内传输相同方向的电流。因此输出电压也是负边DC link电压，这种情况是不期望的。结论可概括如下：在有效死区时间内，输出电压由输出电流的方向决定，而不是控制信号。
如果我们考虑图2中相反的电流方向，当T1从开到关，T2从关到开时，将会获得一个电压。所以，应用死区时间通常会使电压和电流产生扭曲。如果我们选择了一个不合适的较大的死区时间，会使感应电机系统变得不稳定，可能会造成一些破坏的情况。因此选择死区时间的过程是非常重要的，应仔细计算。

Figure 2 One leg of voltage source inverter
本文将解释如何测量IGBT实践中的延迟时间，和如何在测量的基础上正确地计算控制死区时间。