在IGBT的应用中，门极振荡是最常见的挑战之一。它不仅影响开关性能，还可能引发过压、过热甚至器件损坏。导致振荡的原因多样，主要包括：

• IGBT自身寄生参数
• 驱动电路设计不合理
• 电源电压波动
• 温度变化
• 外部电磁干扰
• 器件老化

若排除外部干扰，仅从驱动电路本身分析，门极振荡主要可分为三类：

1. 开通振荡
2. 关断振荡
3. 短路振荡

其中，关断振荡与短路振荡常被合并称为射频振荡。

一、开通振荡

在IGBT开通过程中，门极驱动波形出现振荡，通常由以下原因导致：

1. 驱动能力不足

若驱动电流偏小，对米勒电容C_GC充电缓慢，可能引起电压爬升过程中的振荡。

解决方法：  

适当减小门极电阻R_G，提升驱动电流。一般可尝试将其调整为原值的 0.6~0.8倍，并通过实验验证。

2. 驱动回路寄生电感引起振荡

驱动回路中的寄生电感Lp与IGBT的输入电容C_ies构成LC谐振电路，在开关激励下易产生振荡。

解决方法：  

• 优化PCB布局，缩短驱动环路，减小寄生电感。  
• 在满足开关速度要求的前提下，可在GE 间并联合适的电容C_GE,extra，改变谐振频率，抑制振荡。

3. 直流母线杂散电感过大

母线寄生电感Lp在开关过程中会引起电压尖峰，并通过耦合影响门极信号。

解决方法：  

• 优化母线结构，采用叠层或低感排设计。  
• 在CE间并联无感吸收电容，抑制电压过冲。

 二、射频振荡

当IGBT工作在放大区时，其与寄生参数构成反馈回路。若反馈信号存在相位偏移，可能形成正反馈，引发高频振荡。下图是由C_GC、C_GE、C_CE和杂散电感L_G等构成的振荡回路。

IGBT和寄生元件形成LC振荡电路

2.1 关断振荡

在关断过程中，d_VCE/dt 变化通过米勒电容产生位移电流I_GC，反馈至门极。尤其在硬关断且集电极电流I_C较大时，C_GC随电流增大而增加，更易引发振荡。

下表为影响IGBT关断时振荡的主要参数

应对建议：  

若振荡幅度小且偶发，可暂不处理；若频繁或幅值大，可适当调整门极电阻。

2.2 短路振荡

此处主要讨论一类短路（IGBT在开通前已处于短路状态）。在短路电流稳定后，门极电压 V_GE、集射电压V_CE 与集电极电流I_C均可能出现明显振荡。

抑制方法：  

增大门极电阻R_G，提升驱动回路阻尼。例如，在1700V Econo Dual模块短路测试中，将R_Gon 从3.75Ω改为6.5Ω后GE振荡明显改善。

 R_Gon=3.75Ω，振荡明显

R_Gon=6.5Ω，振荡显著抑制

三、门极电阻与电容的选择

3.1 临界门极电阻计算

为避免振荡，门极回路总电阻应大于某一临界值。根据RLC二阶电路分析，在开通和关断时，假设IGBT的内部电容C_GE恒定，引起振荡的最小门极电阻R_G,min为：

式中，∑L_G为门极负载电感总和L_G + L_Gon或L_G + L_Goff(H)，L_G为寄生电感，L_Gon与L_Goff为独立的引线电感。

从公式中可以看出，如果电感L_G比较大，相应的门极电阻R_G的值也必须增大，以避免振荡，尤其要注意R_Gon选值，太小的话，IGBT开通过快，一方面造成二极管的反向恢复损耗增加，甚至会导致续流二极管会发生跳变行为，从而引起振荡，还有可能损坏二极管。

3.2 门极电容的作用

在GE间并联外部电容C_GE,extra，可增大振荡回路总电容：

根据谐振频率公式：

增大C_total可降低谐振频率，有助于抑制高频振荡。

小结

抑制IGBT门极振荡需综合施策：

• 优化布局：缩短驱动环路，降低寄生参数。
• 调整电阻：合理选择R_G，平衡开关速度与阻尼。
• 吸收设计：使用无感电容抑制电压尖峰。
• 容性补偿：必要时并联C_GE,extra改变谐振特性。

通过上述措施，可显著提升系统稳定性，保障IGBT长期可靠运行。

参考文献 ：

[1] 英飞凌. 《IGBT驱动电流行为综述》  

[2] 英飞凌. 《IGBT模块：技术、驱动和应用》