IGBT驱动电路的选择及驱动电阻的选择

IGBT驱动电路的选择及驱动电阻的选择
IGBT驱动电路的选择绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用，在实际使用中除IGBT自身外，IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样至关重要。

驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。

驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致IGBT 和驱动器损坏。

以下总结了一些关于IGBT驱动器输出性能的计算方法以供选型时参考。

IGBT 的开关特性主要取决于IGBT的门极电荷及内部和外部的电阻。

图1是IGBT 门极电容分布示意图，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-集电极电容或称米勒电容（Miller Capacitor）。

门极输入电容Cies 由CGE 和CGC 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IGBT 集电极-发射极电压VCE 的电压有密切联系。

在IGBT数据手册中给出的电容Cies 的值，在实际电路应用中不是一个特别有用的参数，因为它是通过电桥测得的，在测量电路中，加在集电极上C 的电压一般只有25V(有些厂家为10V)，在这种测量条件下，所测得的结电容要比VCE=600V 时要大一些(如图2)。

由于门极的测量电压太低(VGE=0V )而不是门极的门槛电压，在实际开关中存在的米勒效应（Miller 效应）
在测量中也没有被包括在内，在实际使用中的门极电容Cin 值要比IGBT 数据手册中给出的电容Cies 值大很多。

因此，在IGBT数据手册中给出的电容Cies值在实际应用中仅仅只能作为一个参考值使用。

确定IGBT 的门极电荷对于设计一个驱动器来说，
最重要的参数是门极电荷QG(门极电压差时的IGBT 门极
总电荷)，如果在IGBT 数据手册中能够找到这个参数，那么我们就可以运用公式计算出：图一门极驱动能量E = QG ? UGE = QG ? [ VG(on) - VG(off) ] 门极驱动功率PG = E ? fSW = QG ? [ VG(on) - VG(off) ] ? fSW 驱动器总
功率P = PG + PS（驱动器的功耗）平均输出电流IoutAV = PG / ΔUGE = QG ? fSW 最高开关频率fSW max. = IoutAV(mA) / QG(μC) 峰值电流IG MAX =
ΔUGE / RG min = [ VG(on) - VG(off) ] / RG min 其中
的RG min = RG extern + RG intern fsw max. : 最高
开关频率IoutAV : 单路的平均电流QG : 门极电压差时的IGBT门极总电荷RG extern : IGBT 外部的门极电阻RG intern : IGBT 芯片内部的门极电阻但是实际上在很多情况下，数据手册中这个门极电荷参数没有给出，门极电压在上升过程中的充电过程也没有描述。

图2这时候最好是按照IEC 60747-9-2001 - Semiconductor devices -
Discrete devices - Part 9: Insulated-gate bipolar transistors
(IGBTs) 所给出的测试方法测量出开通能量E，然后再计算出QG。

E = ∫IG ? ΔUGE ? dt = QG ? ΔUGE
这种方法虽然准确但太繁琐，一般情况下我们可以简单地利用IGBT数据手册中所给出的输入电容Cies值近似地估算出门极电荷：如果IGBT数据表给出的Cies的条件为VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的认为Cin=4.5Cies，门极电荷QG ≈ ΔUGE ? Cies ? 4.5 = [ VG(on) - VG(off) ] ? Cies ? 4.5 Cies : IGBT的输入电容（Cies 可从IGBT 手册中找到）如果IGBT数据表给出的Cies的条件为VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的认为Cin=2.2Cies，门极电荷QG ≈
ΔUGE ? Ci es ? 2.2 = [ VG(on) - VG(off) ] ? Cies ? 2.2
Cies : IGBT的输入电容（Cies 可从IGBT 手册中找到）
如果IGBT数据手册中已经给出了正象限的门极电荷曲线，那么只用Cies 近似计算负象限的门极电荷会更接近实际值：门极电荷QG ≈ QG(on) + ΔUGE ? Cies ? 4.5 = QG(on) + [ 0 - VG(off) ] ? Cies ? 4.5 -- 适用于Cies 的测试条件为VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT 门极电荷QG ≈ QG(on) + ΔUGE ? Cies ? 2.2 = QG(on) + [ 0 -
VG(off) ] ? Cies ? 2.2 -- 适用于Cies 的测试条件为VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT 当为各个
应用选择IGBT驱动器时，必须考虑下列细节：? 驱动
器必须能够提供所需的门极平均电流IoutAV 及门极驱动功
率PG。

驱动器的最大平均输出电流必须大于计算值。

? 驱动器的输出峰值电流IoutPEAK 必须大于等于计算得到
的最大峰值电流。

? 驱动器的最大输出门极电容量必
须能够提供所需的门极电荷以对IGBT 的门极充放电。

在POWER-SEM 驱动器的数据表中，给出了每脉冲的最大输出电荷，该值在选择驱动器时必须要考虑。

另外在IGBT驱动器选择中还应该注意的参数包括绝缘电压Visol
IO 和dv/dt 能力。

IGBT驱动电路中栅极电阻Rg的作用及选取方法一、栅极电阻Rg的作用1、消除栅极振荡绝缘栅器件(IGBT、MOSFET)的栅射（或栅源）极
之间是容性结构，栅极回路的寄生电感又是不可避免的，如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。

2、转移驱动器的功率损耗电容电感都是无功元件，如果没有栅极电阻，驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上，使其温度上升很多。

3、调节功率开关器件的通断速度栅极电阻小，开关器件通断快，开关损
耗小；反之则慢，同时开关损耗大。

但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高，从而产生较大的干扰，严重的将使整个装置无法工作，因此必须统筹兼顾。

二、栅极电阻的选取1、栅极电阻阻值的确定各种不
同的考虑下，栅极电阻的选取会有很大的差异。

初试可如下选取：IGBT额定电流(A) 50 100 200 300 600 800 1000 1500 Rg阻值范围(Ω) 10~20 5.6~10 3.9~7.5 3~5.6 1.6~3 1.3~2.2 1~2 0.8~1.5。