IGBT主要运行参数的计算方法
IGBT耗散功率计算
IGBT 耗散功率计算不管是正常负荷还是超负荷，IGBT安全工作必须确保结温T i 不超过片皿⑰。
—一关于IGBT及损耗IGBT模块由IGBT本部和续流二极管FWD组成，各自发生的损耗的合计为IGBT模块整体损耗；同时，IGBT的损耗又分为通态（稳态）损耗和交换（开关）损耗。
1 GET总扌員耗PtoLal通态损耗可通过稳态输出特性计算；交换损耗可通过交换损耗-集电极电流特性来计算二IGBT （本部）耗散功率计算1、通态功耗的计算开逢损耗T=亍 /\(上)*" IGBT 通态平均功耗是■ 通态损耗近似是P sat = V CE(sat) X^CE(sat) IGBT 饱和J k 降l c -一集电极电流D] 占空比I 和V C E 的波形，对其进行积分T T(积分时间是开通时间 '或关断时间')关断损耗：'N ' ?11'-的积分面积是以焦耳为单位的开关能量。
总的开关损耗是开通与关断过程所损耗能量之和，平均开关损耗是单位脉冲开关损耗与开关频率相乘后得到: 实际上E ON 和可由交换损耗-集电极电流特性曲线来估算 大多数IGBT 都会提供交换损耗与集电极电流特性曲线，如下图: Sct«aitw1us.teswrtehanQ losses (G EJ T —Verter 电typ.ca 口 耳・=t He).丘■” = T (lc)V GE = ±15 V. FUif = 0,91 Q t 尺 j” = 1.2 a” V CE = 1800 V, T wJ — T25・U. C GE = N2O nF2、 PWM 应用时，近似通态损耗 开关损耗计算Psat = V CE(sat) X I c X D y开关损耗精确计算：测量开关过程中 开通损耗:[MJJw-v CE(sat)(t )*dt [] p-1 sw(on) t on u =f -/L (t)・ v CE(sat)(t )・ d依据IGBT实际流过的电流值，查曲线得到E ON和E o(r,即可计算平均开关损耗：卩加二^WM % t E ON + E O F J3、IGBT本部总损耗是通态损耗和开关损耗之和P igbt = P sat + P sw三IGBT(FWD-二极管部)功率损耗P FWD =V F X I。
正确理解IGBT模块规格书参数
正确理解IGBT模块规格书参数本文将阐述IGBT模块手册所规定的主要技术指标，包括电流参数、电压参数、开关参数、二极管参数及热学参数，使大家正确的理解IGBT模块规格书，为器件选型提供依据。
本文所用参数数据以英飞凌IGBT模块FF450R17ME3 为例。
一、电流参数1. 额定电流（IC nom）大功率IGBT模块一般是由内部并联若干IGBT芯片构成，FF450R17ME3内部是3个150A 芯片并联，所以标称值为450A额定电流可以用以下公式估算：Tjmax–TC= VCEsat·IC nom·RthJCVCEsat 是IC nom的函数，见规格书后图1，采用线性近似VCEsat=(IC nom+287)/310 Tjmax=150℃,TC=80℃,RthJC =0.055K/W计算得：IC nom=500A2. 脉冲电流（Icrm 和Irbsoa）Icrm是可重复的开通脉冲电流（1ms仅是测试条件，实际值取决于散热情况）Irbsoa 是IGBT可以关断的最大电流所有模块的的Icrm和Irbsoa都是2倍额定电流值3. 短路电流ISC短路条件:t<10μs,Vge<15V,Rg>Rgnom(规格书中的值)，Tj<125℃短路坚固性ØIGBT2为平面栅IGBT:5-8倍ICØIGBT3/IGBT4为沟槽栅IGBT:4倍IC二、电压参数1. 集电极-发射极阻断电压Vces测量Vces时，G/E两极必须短路Vces为IGBT模块所能承受的最大电压，在任何时候CE间电压都不能超过这一数值，否则将造成去器件击穿损坏Vces和短路电流ISC一起构成了IGBT模块的安全工作区：RBSOA图由于模块内部寄生电感△V=di/dt*Lin 在动态情况下，模块耐压和芯片耐压有所区别2. 饱和压降VCEsatIFX IGBT的VCEsat随温度的升高而增大，称为VCEsat具有正温度系数，利于芯片之间实现均流VCEsat 是IC的正向函数，随增大而增大ICVCEsat的变化VCEsat随IC的增大而增大VCEsat随VG的减小而增大VCEsat 值可用来计算导通损耗对于SPWM 控制, 导通损耗是:三、开关参数1. 内部门极电阻RGint为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了内部门极电阻。
逆变模块计算每个IGBT的平均通态损耗=200×414×5×0
一、逆变模块计算(1) 每个IGBT 的平均通态损耗()1(cos )83sat cp CE sat D P I V θπ=⨯⨯+=200×1.414×1.5×0.211=89.5W(2) 每个IGBT 的平均开关损耗()()1[]SW on off PWMP E E f π=+⨯=0.318×（100+100）×1000/1000=63.6W(3) 每个IGBT 的总功耗 T sat SW P P P =+=89.5+63.6=153.1W(4) 反并联续流二极管的通态平均功耗1(cos )83D CP F D P I V θπ=⨯-=200×1.414×1.4×0.031=12.3W(5) IGBT 和反并联二极管的功耗A T D P P P =+=153.1+12.3=165.4Wcp I 为输出正弦电流峰值；D 为PWM 信号占空比，取0.9；θcos 为功率因数，取0.9； on E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的开通能量；off E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的关断能量；PWM f 为PWM 开关频率；)(sat CE V 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下，IGBT 的饱和压降；F V 为反并联二极管导通压降。
对于三电平逆变器，耗散总功率为IGBT 损耗功率与箝位二极管损耗功率之和， Total P =A P ×12+D P ×6=2058.6W结温核算：)(c j th T C j R P T T -⨯+== 80+153.1×0.04=86<125C ︒从而可算出逆变模块所选散热器的热阻：Total a c sa P T T R /)(max -=θ×3=686.2max c T 是设计结温时j T =125C ︒，允许的最大壳温max c T =80C ︒；a T 为设计中的最高环境温度，a T =40C ︒sa R θ=0.058C ︒/W二 、整流模块计算（1）每个IGBT 的平均通态损耗()1(cos )83sat cp CE sat D P I V θπ=⨯⨯+=260×1.414×1.8×0.211=139.6W（2）每个IGBT 的平均开关损耗()()1[]SW on off PWMP E E f π=+⨯=0.318×（130+130）×1000/1000=82.7W（3）每个IGBT 的总功耗 T sat SW P P P =+=139.6+82.7=222.3W（4）反并联续流二极管的通态平均功耗1(cos )83D CP F D P I V θπ=⨯-=260×1.414×1.6×0.031=18.2W（5）IGBT 和反并联二极管的功耗A T D P P P =+=222.3+18.2=240.5Wcp I 为输出正弦电流峰值；D 为PWM 信号占空比，取0.9；θcos 为功率因数，取0.9； on E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的开通能量；off E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的关断能量；PWM f 为PWM 开关频率；)(sat CE V 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下，IGBT 的饱和压降；F V 为反并联二极管导通压降。
IGBT的驱动特性及功率损耗计算
IGBT的驱动特性及功率损耗计算IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
IGBT的驱动特性和功率损耗计算是研究和设计IGBT电路时重要的考虑因素。
以下是对IGBT驱动特性和功率损耗计算的详细介绍。
一、IGBT的驱动特性1.输入阻抗：IGBT的输入阻抗较高，通常在几百欧姆到几兆欧姆之间，可以接受微弱的输入信号。
2.输入电容：IGBT的输入电容通常较大，约为几十皮法（pF），需要充放电过程来实现开关控制。
3.驱动电压：IGBT的驱动电压通常在12V至15V左右，在工作过程中，需要适当控制驱动电压的大小和时间，以保证其正常工作。
4.驱动电流：IGBT的驱动电流是驱动IGBT的关键参数，通常需要较大的驱动电流来保证IGBT的稳定工作。
5.驱动方式：常见的IGBT驱动方式有电流驱动和电压驱动两种。
电流驱动方式可以提供更好的保护性能和更高的驱动能力。
6.驱动信号：IGBT的驱动信号通常为脉宽调制（PWM）信号，通过控制脉宽来调节流过IGBT的电流，从而实现对电路的开关控制。
7.驱动时间：IGBT的驱动时间是指IGBT从关断到导通或从导通到关断的时间，通常需要较短的驱动时间来保证IGBT的快速开关。
IGBT在工作过程中会产生一定的功率损耗，包括导通损耗、关断损耗和开关损耗。
功率损耗的计算对于设计IGBT电路和散热系统非常重要。
1.导通损耗：IGBT在导通状态下会有一定的导通电压降和导通电流，导致功率损耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：Pcon = Vce × Ic其中，Pcon为导通损耗，Vce为导通电压降，Ic为导通电流。
2.关断损耗：IGBT在关断过程中会有一定的关断电流和关断电压降，导致功率损耗。
关断损耗可以通过以下公式计算：Pdis = Vce × Ic × td其中，Pdis为关断损耗，Vce为关断电压降，Ic为关断电流，td为关断时间。
(完整版)IGBT动态参数
IGBT模块参数详解二-IGBT动态参数IGBT模块动态参数是评估IGBT模块开关性能如开关频率、开关损耗、死区时间、驱动功率等的重要依据，本文重点讨论以下动态参数：模块内部栅极电阻、外部栅极电阻、外部栅极电容、IGBT寄生电容参数、栅极充电电荷、IGBT开关时间参数，结合IGBT模块静态参数可全面评估IGBT芯片的性能。
RGint：模块内部栅极电阻:为了实现模块内部芯片均流，模块内部集成有栅极电阻。
该电阻值应该被当成总的栅极电阻的一部分来计算IGBT驱动器的峰值电流能力。
RGext：外部栅极电阻：外部栅极电阻由用户设置，电阻值会影响IGBT的开关性能。
上图中开关测试条件中的栅极电阻为Rgext的最小推荐值。
用户可通过加装一个退耦合二极管设置不同的Rgon和Rgoff。
已知栅极电阻和驱动电压条件下，IGBT驱动理论峰值电流可由下式计算得到，其中栅极电阻值为内部及外部之和。
实际上，受限于驱动线路杂散电感及实际栅极驱动电路非理想开关特性，计算出的峰值电流无法达到。
如果驱动器的驱动能力不够，IGBT的开关性能将会受到严重的影响。
最小的Rgon由开通di/dt限制，最小的Rgoff由关断dv/dt限制，栅极电阻太小容易导致震荡甚至造成IGBT及二极管的损坏。
Cge：外部栅极电容：高压IGBT一般推荐外置Cge以降低栅极导通速度，开通的di/dt及dv/dt被减小，有利于降低受di/dt影响的开通损耗。
IGBT寄生电容参数：IGBT寄生电容是其芯片的内部结构固有的特性，芯片结构及简单的原理图如下图所示。
输入电容Cies及反馈电容Cres是衡量栅极驱动电路的根本要素，输出电容Coss限制开关转换过程的dv/dt，Coss造成的损耗一般可以被忽略。
其中：Cies = C GE + C GC：输入电容（输出短路）Coss = C GC + C EC：输出电容（输入短路）Cres = C GC：反馈电容（米勒电容）动态电容随着集电极与发射极电压的增加而减小，如下图所示。
干货 一文搞懂IGBT的损耗与结温计算
与大多数功率半导体相比，IGBT 通常需要更复杂的一组计算来确定芯片温度。
这是因为大多数IGBT 都采用一体式封装，同一封装中同时包含IGBT 和二极管芯片。
为了知道每个芯片的温度，有必要知道每个芯片的功耗、频率、θ 和交互作用系数。
还需要知道每个器件的θ 及其交互作用的psi 值。
本应用笔记将简单说明如何测量功耗并计算二极管和IGBT 芯片的温升。
损耗组成部分根据电路拓扑和工作条件，两个芯片之间的功率损耗可能会有很大差异。
IGBT 的损耗可以分解为导通损耗和开关（开通和关断）损耗，而二极管损耗包括导通和关断损耗。
准确测量这些损耗通常需要使用示波器，通过电压和电流探针监视器件运行期间的波形。
测量能量需要用到数学函数。
确定一个开关周期的总能量后，将其除以开关周期时间便可得到功耗。
图 1. TO−247 封装，显示了IGBT 芯片（左）和二极管芯片（右）图 2. IGBT 开通损耗波形将开通波形的电压和电流相乘，即可计算出该周期的功率。
功率波形的积分显示在屏幕底部。
这就得出了IGBT 开通损耗的能量。
功率测量开始和结束的时间点可以任意选择，但是一旦选定了一组标准，测量就应始终遵循这些标准。
IGBT导通损耗图 3. IGBT 传导损耗波形导通损耗发生在开通损耗区和关断损耗区之间。
同样应使用积分，因为该周期内的功率并不是恒定的。
图 4. IGBT 关断损耗波形开通、导通和关断损耗构成了IGBT 芯片损耗的总和。
关断状态损耗可以忽略不计，不需要计算。
为了计算IGBT 的总功率损耗，须将这三个能量之和乘以开关频率。
IGBT 损耗必须使用阻性负载或在负载消耗功率的部分周期内进行测量。
这样可消除二极管导通。
图 5. 二极管导通损耗波形FWD反向恢复图 6. 二极管反向恢复波形图 5 和图 6 显示了二极管在整流器或电抗模式下工作期间的电流和电压波形。
二极管损耗的计算类似于IGBT 损耗。
需要了解的是，损耗以半正弦波变化。
IGBT耗散功率计算
IGBT 耗散功率计算不管是正常负荷还是超负荷，IGBT安全工作必须确保结温T不超过Tj。
一关于IGBT及损耗IGBT模块由IGBT本部和续流二极管FWD组成，各自发生的损耗的合计为I GBT模块整体损耗；同时，IGBT的损耗又分为通态（稳态）损耗和交换（开关）损耗。
通态损耗可通过稳态输出特性计算；交换损耗可通过交换损耗-集电极电流特性来计算。
二IGBT（本部）耗散功率计算1、通态功耗的计算IGBT通态平均功耗是P sat。
通态损耗近似是PsaPWM应用时，近似通态损耗P sat。
2、开关损耗计算开关损耗精确计算：测量开关过程中I C和形，对其进行积分（积分时间是开通时间T时间TOf）开通损耗：关断损耗：t积是以焦耳为单位的开关能量。
总的开关损耗是开通与关断过程所损耗能量之和，平均开关损耗是单位脉冲开关损耗与开关频率相乘后得到：实际上EO损耗-集电极电流特性曲线来估算大多数IGB T都会提供交换损耗与集电极电流特性曲线，如下图：依据IGBT实际流过的电流值，查曲线得到，即可计算平均开关损耗：3、IGBT本部总损耗是通态损耗和开关损耗之和三IGBT(FWD-二极管部)功率损耗四VVVF变频器中IGB T模块的功耗计算在SPWM调制的变频器中，IGBT的电流值及占空比经常变换，使得功耗计算很困难。
以下是估算公式：1每一个IG B T的平均通态损耗2 每一个IGB T的平均开关损耗3 每一个桥臂I GBT的总功耗4 反并联续流二极管的通态平均功耗5 每一个IGB T总功耗计算举例条件：IGBT：eupec公司型号：FZ1200R33KF2C开关频率20kHz;功率因素c0.8；SPWM变频器，400Kva,320kW。
IGBT基本参数详解讲解
IGBT基本参数详解讲解1.静态参数1.1 集射极阻断电压集射极阻断电压是指在可使用的结温范围内，当栅极和发射极短路时，集射极所能承受的最高电压。
手册里一般给出的是25℃下的数据，但随着结温的降低，该值会逐渐降低。
在关断时，最容易超过该限值。
1.2 最大允许功耗最大允许功耗是指在25℃时，IGBT开关的最大允许功率损耗，即通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。
其中，结温为芯片结温，环境温度为PCB板的环境温度。
二极管的最大功耗可以用同样的公式获得。
需要注意的是，结到壳的热阻抗、芯片热源到周围空气的总热阻抗以及芯片结与PCB间的热阻抗都需要乘以发热量才能获得对应的温度差。
1.3 集电极直流电流集电极直流电流是指在可以使用的结温范围内，流过集射极的最大直流电流。
根据最大耗散功率的定义，可以由最大耗散功率算出该值。
因此，给出一个额定电流时，必须同时给出对应的结和外壳的温度。
1.4 可重复的集电极峰值电流可重复的集电极峰值电流是指在规定的脉冲条件下，可重复承受的集电极峰值电流。
1.5 RBSOA，反偏安全工作区RBSOA是指IGBT关断时的安全工作条件。
如果工作期间的最大结温不超过限制，IGBT在规定的阻断电压下可以驱使两倍的额定电流。
1.6 短路电流短路电流是指短路时间不超过10us的情况下，承受的最大电流。
需要注意的是，在双脉冲测试中，上管XXX之间如果没有短路或负偏压，就很容易引起下管开通时，上管误导通，从而导致短路。
1.7 集射极导通饱和电压集射极导通饱和电压是指在额定电流条件下给出的值。
Infineon的IGBT都具有正温度效应，适宜于并联。
该值随集电极电流的增加而增加，随着温度的升高而减小。
该值可用于计算导通损耗。
根据IGBT的传输特性，计算时，切线的点尽量靠近工作点。
对于SPWM方式，导通损耗由下式获得：M为调制因数，为输出峰值电流，为功率因数。
2.动态参数2.1 模块内部栅极电阻为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了栅极电阻。
IGBT基本参数详解解读
IGBT基本参数详解解读第一部分 IGBT模块静态参数1,,集射极阻断电压在可使用的结温范围内,栅极和发射极短路状况下,集射极最高电压。
手册里一般为25?下的数据,随着结温的降低,会逐渐降低。
由于模块内外部的杂散电感,IGBT在关断时最容易超过限值。
2,,最大允许功耗在25?时,IGBT开关的最大允许功率损耗,即通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。
其中,为结温,为环境温度。
二极管的最大功耗可以用同样的公式获得。
在这里,顺便解释下这几个热阻,结到壳的热阻抗,乘以发热量获得结与壳的温差,芯片热源到周围空气的总热阻抗,乘以发热量获得器件温升,芯片结与PCB间的热阻抗,乘以单板散热量获得与单板的温差。
3,集电极直流电流在可以使用的结温范围流集射极的最大直流电流。
根据最大耗散功率的定义,可以由最大耗散功率算出该值。
所以给出一个额定电流,必须给出对应的结和外壳的温度。
)4,可重复的集电极峰值电流规定的脉冲条件下,可重复的集电极峰值电流。
5,RBSOA,反偏安全工作区IGBT关断时的安全工作条件。
如果工作期间的最大结温不被超过,IGBT在规定的阻断电压下可以驱使两倍的额定电流。
6, 短路电流短路时间不超过10us。
请注意,在双脉冲测试中,上管GE之间如果没有短路或负偏压,就很容易引起下管开通时,上管误导通,从而导致短路。
7, 集射极导通饱和电压在额定电流条件下给出,Infineon的IGBT都具有正温度效应,适宜于并联。
随集电极电流增加而增加,随着增加而减小。
可用于计算导通损耗。
根据IGBT的传输特性,计算时,切线的点尽量靠近工作点。
对于SPWM方式,导通损耗由下式获得,M为调制因数,为输出峰值电流,为功率因数。
第二部分 IGBT模块动态参数1,模块内部栅极电阻为了实现模块内部芯片的均流,模块内部集成了栅极电阻,该电阻值常被当成总的驱动电阻的一部分计算IGBT驱动器的峰值电流能力。
2,外部栅极电阻数据手册中往往给出的是最小推荐值,可以通过以下电路实现不同的和。
《国家标准》IGBT耗散功率计算
IGBT 耗散功率计算不管是正常负荷还是超负荷，IGBT安全工作必须确保结温不超过。
一关于IGBT及损耗IGBT模块由IGBT本部和续流二极管FWD组成，各自发生的损耗的合计为IGBT模块整体损耗；同时，IGBT的损耗又分为通态（稳态）损耗和交换（开关）损耗。
通态损耗可通过稳态输出特性计算；交换损耗可通过交换损耗-集电极电流特性来计算。
二IGBT（本部）耗散功率计算1、通态功耗的计算IGBT通态平均功耗是。
通态损耗近似是PWM应用时，近似通态损耗。
2、开关损耗计算开关损耗精确计算：测量开关过程中的波形，对其进行积分（积分时间是开通时间或关断时间）开通损耗：关断损耗：t的积分面积是以焦耳为单位的开关能量。
总的开关损耗是开通与关断过程所损耗能量之和，平均开关损耗是单位脉冲开关损耗与开关频率相乘后得到：实际上和可由交换损耗-集电极电流特性曲线来估算大多数IGBT都会提供交换损耗与集电极电流特性曲线，如下图：依据IGBT实际流过的电流值，查曲线得到和，即可计算平均开关损耗：3、IGBT本部总损耗是通态损耗和开关损耗之和三IGBT(FWD-二极管部)功率损耗四VVVF变频器中IGBT模块的功耗计算在SPWM调制的变频器中，IGBT的电流值及占空比经常变换，使得功耗计算很困难。
以下是估算公式：1每一个IGBT的平均通态损耗2 每一个IGBT的平均开关损耗3 每一个桥臂IGBT的总功耗4 反并联续流二极管的通态平均功耗5 每一个IGBT总功耗计算举例条件：IGBT：eupec 公司型号：FZ1200R33KF2C开关频率20kHz;功率因素0.8；SPWM变频器，400Kva,320kW。
占空比D=50%工作电流IC=600A峰值电流Icp=600*查IGBT手册=1000=900=2.5V以下是计算：则每一个IGBT通态损耗：=355W 每一个IGBT开关损耗：续流二极管损耗：=40W IGBT模块总损耗：再加上整流损耗，控制系统损耗，此计算表明变频器总损耗在80kW 左右。
IGBT驱动参数计算详解
IGBT驱动参数计算详解大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。
1 门极驱动的概念IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示：其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。
2 驱动功率的计算驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。
为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。
门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。
这个参数我们称为驱动功率PDRV。
驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。
转载请注明出处驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出：P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate (Eq. 1)备注：P DRV: 驱动器每通道输出功率；f IN: IGBT开关频率；Q Gate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔV Gate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。
如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE 在一个周期内被完全的充放电，那么RGE 值并不影响所需驱动功率。
驱动功率可以从以下公式得出：P DRV = Q GATE * f IN *ΔV GATE + C GE * f IN*ΔV GATE2(Eq. 2)这个功率是每个IGBT 驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。
IGBT驱动器输出性能的计算
IGBT驱动器输出性能的计算IGBT驱动器输出性能的计算1、引言今天，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）在电力电子领域已经普及，并被用于许多应用中，如变频器、电源和电子驱动器。
IGBT具有较高的反向电压（高达6.5kV），开关电流最大可达3kA。
除功率模块自身外，电力电子系统中的一个关键组件是IGBT驱动器，它是功率晶体管和控制器之间重要的接口。
驱动器的选择及其准确输出功率的计算决定了转换器解决方案的可靠性。
驱动器功率不足或选择错误可能会导致模块和驱动器故障。
以下总结了一些计算用于开关IGBT的驱动器输出性能的方法。
2、栅极电荷体现IGBT的特性IGBT模块的开关特性主要取决于半导体电容（电荷）及内部和外部的电阻。
图1是IGBT电容的示意图，其中CGE是栅极-发射极电容、CCE是集电极-发射极电容、CGC是栅极-集电极电容（或称为米勒电容）。
栅极电荷的特性由输入电容CGC和CGE来表示，它是计算IGBT驱动器电路所需输出功率的关键参数。
该电容几乎不受温度影响，但与电压关系密切，是IGBT集电极-发射极电压VCE的函数。
当在集电极-发射极电压非常低时这种依赖性大幅提高，电压高时依赖性下降。
当IGBT导通时，IGBT的特性由栅极电荷来体现。
图2显示了栅极-发射极电压VGE、栅极电流IG和相应的集电极电流IC作为时间的函数，从IGBT导通到饱和这段时间的简化波形。
正如IG=f(t)图所示，导通过程可以分为三个阶段。
分别是栅极-发射极电容的充电，栅极-集电极电容的充电和栅极-发射极电容的充电直至IGBT全饱和。
栅极电流IG对输入电容进行充电，IGBT的导通和关断特性由与充电过程有关的电压VGE和VCE来体现。
在关断期间，所描述的过程运行在相反的方向，电荷必须从栅极上移除。
由于输入电容的非线性，为了计算驱动器输出功率，输入电容可能只被应用到某种范围。
一种更为实际的确定驱动器输出功率的方法是利用栅极电荷特性。
图 1 IGBT 的电容图 2 简化的栅极充电波形3、如何测量和确定栅极电荷栅极电荷可以通过一个简化的测试电路进行测量。
IGBT驱动全参数计算详解
IGBT驱动参数计算详解大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。
1 门极驱动的概念IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示：其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。
2 驱动功率的计算驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。
为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。
门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。
这个参数我们称为驱动功率PDRV。
驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。
请注明出处.igbt8.驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出：P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate (Eq. 1)备注：P DRV: 驱动器每通道输出功率；f IN: IGBT开关频率；Q Gate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔV Gate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。
如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE 在一个周期被完全的充放电，那么RGE 值并不影响所需驱动功率。
驱动功率可以从以下公式得出：P DRV = Q GATE * f IN *ΔV GATE + C GE * f IN*ΔV GATE2(Eq. 2)这个功率是每个IGBT 驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。
IGBT驱动参数的计算方法
IGBT 以及MOSFET 的驱动参数的计算方法简介本应用指南介绍了在特定应用条件下门极驱动性能参数的计算方法。
通过本应用手册得出的一些参数值可以作为选择一款合适驱动器的基本依据。
CONCEPT 产品的数据手册中所给出的参数在实际应用中是可以直接使用的。
驱动器内部功率损耗以及其他内部参数不必进一步降额或者修正。
对于快速预览，公式1，4及5是最重要的。
所需驱动功率驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。
为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压V GE_on ，或者是对门极进行放电至门极关断电压V GE_off 。
门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。
这个参数我们称为驱动功率P DRV 。
驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。
驱动功率可以从门极电荷量Q Gate ，开关频率f IN ，以及驱动器实际输出电压摆幅∆V Gate 计算得出：Gate IN Gate DRV V f Q P ∆⋅⋅= (Eq. 1)如果门极回路放置了一个电容C GE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要C GE 在一个周期内被完全的充放电，那么R GE 值并不影响所需驱动功率。
驱动功率可以从以下公式得出：2Gate IN GE Gate IN Gate DRV V f C V f Q P ∆⋅⋅+∆⋅⋅= (Eq. 2)以上公式是在门极驱动电流不发生谐振的条件下得出的。
只要这个开关过程是IGBT 门极从完全打开到完全关断或者反过来，则驱动功率并不依赖于门极电阻及占空比的变化而变化。
接下来我们来看如何确定门极电荷量Q Gate 。
ACIN GH (output high)I OUT GL (output low)integration timegate charge: 11.4uC 门极电荷量Q Gate 绝不能从IGBT 或MOSFET 的输入电容C ies 计算得出。
IGBT驱动全参数计算详解
IGBT驱动参数计算详解大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。
1 门极驱动的概念IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示：其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。
2 驱动功率的计算驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。
为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。
门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。
这个参数我们称为驱动功率PDRV。
驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。
请注明出处.igbt8.驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出：P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate (Eq. 1)备注：P DRV: 驱动器每通道输出功率；f IN: IGBT开关频率；Q Gate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔV Gate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。
如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE 在一个周期被完全的充放电，那么RGE 值并不影响所需驱动功率。
驱动功率可以从以下公式得出：P DRV = Q GATE * f IN *ΔV GATE + C GE * f IN*ΔV GATE2(Eq. 2)这个功率是每个IGBT 驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。
IGBT 的驱动特性及功率计算
IGBT 的驱动特性及功率计算1 IGBT 的驱动特性1.1 驱动特性的主要影响因素IGBT的驱动条件与IGBT的特性密切相关。
设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和dv/dt 引起的误触发等问题。
栅极电压U ge增加（应注意U ge过高而损坏IGBT），则通态电压下降（E on也下降），如图1所示(此处以200A IGBT为例)。
由图1中可看出，若U ge固定不变时，导通电压将随集电极电流增大而增高，如图1a，电流容量将随结温升高而减少（NPT工艺正温度特性的体现）如图1b所示。
（a）Uge与Uce和Ic的关系（b）Uge与Ic和Tvj的关系图1 栅极电压U ge与U ce和T vj的关系栅极电压U ge直接影响IGBT 的可靠运行，栅极电压增高时有利于减小IGBT的开通损耗和导通损耗，但同时将使IGBT能承受的短路时间变短（10μs以下），使续流二极管反向恢复过电压增大，所以务必控制好栅极电压的变化范围，一般U ge可选择在-10～+15 V之间，关断电压-10 V,开通电压+15 V。
开关时U ge与I g的关系曲线见图2 a和图2 b所示。
(a)开通时 (b)关断时图2 开关时U ge与I c的关系曲线栅极电阻R g增加，将使IGBT的开通与关断时间增加，使开通与关断能耗均增加,但同时，可以使续流二极管的反恢复过电压减小，同时减少EMI的影响。
而门极电阻减少，则又使di/dt增大，可能引发IGBT误导通，但是，当R g减少时，可以使得IGBT关断时由du/dt 所带来误触发的可能性减小，同时也可以提高IGBT承受短路能量的能力,所以R g大小各有好坏，客户可根据自己设计特点选择。
图3为R g大小对开关特性的影响，损耗关系请参照图4所示。
图3 R g大小对开关特性的影响（di/dt 大小不同）图4 门极电阻R g与E on/E off由上述可得：IGBT 的特性随门极驱动条件的变化而变化，就象双极型晶体管的开关特性和安全工作区随基极驱动而变化一样。
IGBT驱动电流及驱动功率的计算
IGBT驱动电流及驱动功率的计算IGBT驱动电路的设计包括上下桥绝缘水平的选择、驱动电压水平的确定、驱动芯片驱动功率的确定、短路保护电路等等。
今天我们重点讨论一下驱动电流以及功率的确定，也就是说如何确定一个驱动芯片电流能力是不是可以驱动一个特定型号的IGBT，如果不能驱动该如何增强驱动输出能力。
01、驱动芯片峰值电流的计算在选择IGBT驱动芯片时，很重要的一步就是计算IGBT所需要的最大驱动电流，在不考虑门极增加Cge电容的条件下，可以把IGBT驱动环节简化为一个RLC电路，如下图阴影部分所示。
求解这个电路可以得到峰值电路的关系式如下：I peak：驱动环节可以输出的最大电流ΔU ge：门极电源最大值减去最小值R G,ext：外部门极电阻值，R G,int为器件内部的电阻值从上面公式可以看出最大驱动电流取决于门极电压水平，以及门极电阻值，一旦这两个参数确定后，所需要的最大驱动电流基本确定。
当然，在一些设计中会选用不同的开通关断电阻，那么就需要分别计算开通关断需要的电流。
依据上述计算的开通关断电流值可以初步选择芯片的驱动电流，芯片数据手册给出的峰值不能小于计算得到的电流值，并且适当考虑工程余量。
02、推挽电路放大电路增加驱动电流如果驱动芯片的输出电流不能驱动特定IGBT的话，比较简单的方法是采用推挽电路进一步增强驱动芯片的峰值电流输出能力。
采用三极管放大是一种常用的方式，其计算步骤如下：（1）根据选择的驱动电压水平以及门极电阻计算得到需求的最大峰值电流I peak （2）选择合适耐压的PNP/NPN三极管组成推挽电路（3）查所选择的三极管数据手册中的电流传输系数h FE，计算得到三极管的基极电流（4）计算驱动芯片输出极的输出电阻上述步骤给出了BJT作为推挽放大电路时一般的步骤，需要着重考虑的是BJT的耐压以及基级电阻的匹配。
由于使用BJT做推挽放大设计设计比较简单，因此在设计中得到广泛的应用。
在大功率应用场合比较常用的BJT三极管型号有MJD44/45H11(80V)等。
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1 Calculation of power dissipation .........................................................................................2 2 Calculation of maximum continuous collector current........................................................3 3 Calculation of power losses .................................................................................................6
Ic
R thJC . VT0 2
4 . RCE . T j ( max )
2 . R thJC . RCE
Tc
VT0 2 . RCE
Figure 1.1: Power dissipation of SGP20N60.
2 CALCULATION OF MAXIMUM CONTINUOUS COLLECTOR
CURRENT This section illustrates how to calculate the maximum continuous collector current of IGBT for a specific case temperature using the datasheet parameters.
RCE
∆ V ce ∆ Ic
Vce ( 2 ) Ic ( 2 )
Vce ( 1 ) Ic ( 1 )
(2.3)
Using the equation (1.1) for junction temperature increase due to power losses and equations
(2.1) and (2.2) we will become the following eБайду номын сангаасuation (2.4). ∆T Pcond . RthJC Ic. Vce. RthJC Ic. VT0 RCE. Ic . RthJC
Input data from the datasheet: RthJC - thermal resistance junction-case; Tj(max) - maximum junction temperature.
Additional input information: TC - case temperature.
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Calculation of major IGBT operating parameters
1 CALCULATION OF POWER DISSIPATION
This section explains how to calculate the maximum allowable power dissipation in the IGBT for a specific case temperature using the datasheet parameters.
Vce VT0 RCE . Ic
(2.2)
The VT0 parameter of the interpolated curve can be defined directly from the figure 2.2. The
following equation (2.3) describes how to determinate the RCE parameter.
P cond Ic . V ce
(2.1)
Collector-emitter saturation voltage depends on the collector current flowing through the
IGBT. The output characteristic of IGBT at maximum junction temperature (Figure 2.1) can
(Figure 2.2).
3
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Calculation of major IGBT operating parameters
2
∆Ic
Figure 2.1: Typical output characteristic of SGP20N60 at Tj = 150°C.
values of TC
Ptot ( max )
Tj ( max ) Tc RthJC
(1.4)
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Calculation of major IGBT operating parameters
be used to calculate the conduction losses for different current levels. In order to simplify the
analysis the output characteristic for a given gate-emitter voltage will be linearly interpolated
Figure 1.1 shows the maximum power dissipation for an IGBT as a function of case temperature.
Parameters in this example:
RthJC = 0.7 K/W; Tj(max) = 150 °C.
Solution:
The junction temperature rises due to power losses in the device
∆ T P tot . R thJC
(1.1)
The difference between junction and case temperature is
3.1 Conduction losses..........................................................................................................7 3.2 Switching losses ............................................................................................................9 3.3 Total power losses .......................................................................................................16 4 Calculation of junction temperature and heatsink .............................................................17 5 Calculation of junction temperature and power losses ......................................................19 6 Calculation of pulsed collector current ..............................................................................20 7 Safe operating area.............................................................................................................23
(2.4)
This equation (2.4) outlines the junction temperature increase in dependence of collector
current. Solving it for Ic and using equation (1.2) we become
∆T Tj Tc
(1.2)
Results:
The expression (1.3) shown below describes how to calculate the allowable power dissipation
in an IGBT for desired junction and case temperatures
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Calculation of major IGBT operating parameters
CALCULATION OF MAJOR IGBT OPERATING PARAMETERS
This application note covers how to calculate major IGBT operating parameters - power dissipation; - continuous collector current; - total power losses; - junction temperature & heatsink; - pulsed collector current in a user specified environment using the datasheet as a source for device characteristics.