IGBT的驱动特性及功率损耗计算
IGBT模块的损耗
一个桥臂单元
一个模块
梁知宏 IFCN AIM 2007.09
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对于含整流桥的PIM，Rthch的换算可以按Rthjc之间的比例来算。
IGBT模块的温度
当损耗以周期性脉冲形式（方波/正弦 半波）存在时，模块表现出热容性，
模块规格书里给出了IGBT饱和电压的 特征值：VCE,Sat，及测试条件。
英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两 个测试条件下的饱和电压特征值：
1）Tj=25°C；2）Tj=125°C。电流均为 IC,NOM（模块的标称电流），VGE=+15V
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梁知宏 IFCN AIM 2007.09
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IGBT模块的损耗-IGBT开关损耗
IGBT开通瞬间 IGBT关断瞬间
IGBT之所以存在开关能耗，是因为在开通和关断 的瞬间，电流和电压有重叠期。
在Vce与测试条件接近的情况，Eon和Eoff可近似 地看作与Ic和Vce成正比：
Eon = EON × Ic/IC,NOM × Vce/测试条件 Eoff = EOFF × Ic/IC,NOM × Vce/测试条件
1）Tj=25°C；2）Tj=125°C。电流均为IC,NOM（模 块的标称电流）。
IGBT模块的损耗-FWD导通损耗
FWD的Vf-If特性曲线
Rd U0
Vf和If的关系可以用左图的近似线性法来表示： Vf = U0 + Rd × If
FWD的导通损耗：
Pf = d * Vf × If，其中d 为FWD的导通占空比
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。
IGBT驱动电阻计算详解
IGBT驱动电路参数计算详解电阻大功率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。
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驱动电路参数计算详解
IGBT驱动电路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。
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功耗计算
1IGBT 的驱动特性及功率计算陈暹辉深圳裕能达电气有限公司摘要：根据目前市场的使用情况，介绍IGBT 的驱动特性及不同功率计算。
关键词：开通损耗 关断损耗 栅极电阻 导通压降 短路时间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d v /d t 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（Eon 也下降），如图1所示(此处以200 A 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1 a ，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（10 μs 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V 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。
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d i /d t 增大，可能引发IGBT 误导通，但是，当R g 减少时，可(a)开通时 (b)关断时 图2 开关时U ge 与 I g 的关系曲线以使得IGBT 关断时由d u /d t 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。
IGBT的特性和应用
IGBT的特性和应用由于功率MOSFET具有开关速度快，峰值电流大，容易驱动，安全工作区宽，dV/dt耐量高等优点，在小功率电子设备中得到了广泛应用。
但是由于导通特性受和额定电压的影响很大，而且工作电压较高时，MOSFET固有的反向二极管导致通态电阻增加，因此在大功率电子设备中的应用受至限制。
IGBT是少子器件，它不但具有非常好的导通特性，而且也具有功率MOSFET的许多特性，如容易驱动，安全工作区宽，峰值电流大，坚固耐用等，一般来讲，IGBT的开关速度低于功率MOSET，但是IR公司新系列IGBT的开关特性非常接近功率MOSFET，而且导通特性也不受工作电压的影响。
由于IGBT内部不存在反向二极管，用户可以灵活选用外接恢复二极管，这个特性是优点还是缺点，应根据工作频率，二极管的价格和电流容量等参数来衡量。
IGBT的内部结构，电路符号及等效电路如图1所示。
可以看出，除了P衬底外，IGBT的剖面与功率MOSFET相同。
尽管IGBT与功率MOSFET的结构有许多相同之处，但是IGBT的工作过程非常接近极型晶体管。
这是由于衬底P注入的少子使N区载流子浓度得到显著提高，产生电导通调制效应，从而降低了N区的导通压降。
而功率MOSFET的结构不利于电导调制，因此，在N区中产生很大在导通压降，对500V的MOSFET来说，该导通压降大约为70%。
如等效电路所示，IGBT可等效为N沟道MOSFET驱动PNP管的达顿结构。
结型场效应管JFET承受大部分电压，并且让MOSFET承受较低的电压，因此，IGBT具有较低的导通电阻RDS(ON).2.IGBT的特性2.1导通特性从等效电路图可以看出，IGBT两端的电压降是两个元件的压降之和：P-N 结的结压降和驱动用MOSFET两端的压降。
因此，与功率MOSFET不同，IGBT的通态压降不可能低于二极管导通压降。
另一方面驱动用MOSFET具有低压MOSFET 的典型特性，它的电压降与门极驱动电压有密切关系。
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。
IGBT损耗计算
IGBT损耗计算IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高压功率半导体器件，常用于交流电驱动汽车电机、电机驱动器、逆变器等高功率应用中。
IGBT在工作过程中会产生一定的损耗，包括导通损耗、开关损耗和封装损耗等。
下面将从这三个方面对IGBT的损耗进行计算。
1. 导通损耗（Conduction Losses）：导通损耗是指IGBT开关处于导通状态时导通电流通过器件内的正向电压降所引起的损耗。
导通损耗的计算公式如下：Pcon = Vceon * Icav其中，Pcon为导通损耗，Vceon为IGBT的导通电压降，Icav为平均导通电流。
2. 开关损耗（Switching Losses）：开关损耗是指IGBT在开关状态下因开关过程中的电流和电压变化而产生的损耗。
开关损耗可以分为开关过渡损耗和开关导通损耗两部分。
开关过渡损耗由于开关过程中外部负载电流和电压变化引起，可以通过计算开关过程中的高电平和低电平时间来估算，计算公式如下：Pswg = (Eon / Ton) * (Ic + IL) * (Ton / T) + (Eoff / Toff) * (Ic + IL) * (Toff / T)其中，Pswg为开关过渡损耗，Eon为开开关过程中的功耗，Ton为开斩波时间，Ic为平均导通电流，IL为负载电流，T为一个周期时间。
开关导通损耗是指IGBT从关态切换到导通态时，由于电导下降导致的损耗，可以通过计算开关导通时间和导通电流来估算，计算公式如下：Pswc = (Econ / Tcon) * (Ic + IL) * (Tcon / T)其中，Pswc为开关导通损耗，Econ为开关导通过程中的功耗，Tcon 为开关导通时间。
3. 封装损耗（Package Losses）：封装损耗是指由于封装本身的热阻和热容导致的损耗。
封装损耗主要由于IGBT的开关过程中产生的瞬时热量，根据IGBT封装的热阻和热容来计算。
IGBT损耗的计算步骤与方法
IGBT损耗的计算步骤与方法什么是IGBT？IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）是一种高性能半导体开关，常见于大功率电子器件中，如变频器、电机驱动器等。
IGBT相对于MOSFET具有较高的电流和电压承受能力，而且相对于BJT来说，具有更低的输入电流和较高的输入电阻，因此在大功率应用中更为常见。
IGBT损耗的计算在IGBT系统中，由于电源的转换和系统中开关器件的切换，导致了电力的不可避免损耗。
IGBT损耗主要包括开关损耗和导通损耗两部分。
而在IGBT汽车应用中，由于空间限制，功率密度较高，设备大小小，自然散热能力弱，IGBT系统损耗往往成为设计的关键因素。
所以，IGBT损耗的计算是高功率电路设计的重要内容之一。
IGBT的计算主要包含以下步骤：1.确定IGBT的工作状态在IGBT电路中，由于器件的导通与截止会引起电路工作状况的不同，因此损耗的计算也应该区分导通和截止两种状态。
通常，为了保证IGBT的最大导通效率，前者工作于正常区间，而后者运行于饱和区间。
2.确定开关频率和时序在实际应用中，IGBT的开关频率不是固定的。
在开关过程中，由于开关时间和停留时间存在差异，因此开关频率和开关时序对IGBT的损耗具有很大影响。
决定损耗的因素包括IGBT的最高频率、电磁噪音、损耗曲线等。
3.计算IGBT的导通损耗导通损耗通常是由IGBT导通时由于电源的电阻而产生的热量导致的。
在计算导通损耗时，需要以实际的经验模型为基础，进行大量的电流、电压和温度的测试，得出实际损耗值。
4.计算IGBT的开关损耗在IGBT的开关过程中，由于机械运动和位移电容等因素造成的开关损耗，这部分损耗无法避免且很难直接测量。
5.损耗计算与分析以上四个步骤的计算结果，根据IGBT应用环境、工作状态和电路等因素，综合计算获得系统总损耗。
通过对得到的数据进行深入的分析和评估，可以进一步判断设计是否合理，进行优化。
IGBT损耗的计算步骤与方法
IGBT损耗的计算步骤与方法IGBT损耗的计算步骤与方法作者：微叶科技时间：2015-09-08 17:50 国内外有很多专家学者对IGBT器件的损耗模型进行了较深入的研究，还将损耗模型主要分为两大类：基于物理结构的IGBT损耗模型和基于数学结构的IGBT损耗模型。
基于物理结构的损耗模型通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容、电阻、电感、电流源、电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT的特性，利用仿真软件仿真IGBT在各种工作情况下的电压、电流波形。
从而计算得到IGBT的损耗。
基于数学方法的IGBT损耗模型与器件的具体类型无关，它是基于大量数据的测量，试图寻找出功耗与各个因素的数量关系。
然而，在工程实践中工程师一般不会消耗大量的时间来进行计算，所以本文就是在介绍基本原理的基础上，参考相应的资料结合实践给出合适的计算方法。
IGBT 典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）如图1所示。
这个曲线可以用门限电压加电阻电压叠加的方法来进行线性化，即（1）式中，ICN和VCEN为额定电流下的额定电压（由制造商提供，不同的IGBT模块略有不同）。
二极管的正向导通电压满足指数规律，但在工作范围内，也可以近似为一线性方程：（2）式中，VFN为额定电流下的二极管电压降；为VFO 为门槛电压，典型值为0.7V。
图1 IGBT模块IGBT典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）1. 损耗计算由于二极管的计算方法与IGBT基本相同，所以下文主要分析的是IGBT部分。
假设电源的开关波形如图2所示。
图2 电源开关波形（1）功率损耗计算IGBT的功率损耗，首先来计算1个脉冲中的损耗，单个脉冲中包括导通损耗和开关损耗，如图3所示。
图3 单个脉冲IGBT的功率损耗1）使用VCE(sat），VSIC特性曲线计算导通损耗，一般采用TJ=25℃时的特性曲线。
（3）2）开关损耗开关损耗可用实际电压电流波形在开通和关断时间内的积分来求得。
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
第一局部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，反偏平安工作区IGBT关断时的平安工作条件。
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。
第二局部IGBT模块动态参数1，2，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。
IGBT驱动器需到达的理论峰值计算如下，最小的由开通限制，最小的由关断限制，栅极电阻太小容易导致震荡甚至器件损坏。
3，外部栅极电阻高压IGBT一般推荐以降低栅极导通速度。
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驱动电路设计
IGBT驱动电路设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：一种IGBT驱动电路的设计IGBT的概念是20世纪80年代初期提出的。
IGBT具有复杂的集成结构，它的工作频率可以远高于双极晶体管。
IGBT已经成为功率半导体器件的主流。
在10～100 kHz的中高压大电流的范围内得到广泛应用。
IGBT进一步简化了功率器件的驱动电路和减小驱动功率。
1 IGBT的工作特性。
IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。
当栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。
此时从N+区注入到N-区的空穴（少子）对N-区进行电导调制，减小Ⅳ区的电阻R dr ，使阻断电压高的IGBT也具有低的通态压降。
当栅极上施以负电压时。
MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即被关断。
在IGBT导通之后。
若将栅极电压突然降至零，则沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使集电极电流有所下降，但由于N-区中注入了大量的电子和空穴对，因而集电极电流不会马上为零，而出现一个拖尾时间。
2 驱动电路的设计2.1 IGBT器件型号选择1）IGBT承受的正反向峰值电压考虑到2-2.5倍的安全系数，可选IGBT的电压为1 200 V。
2）IGBT导通时承受的峰值电流。
额定电流按380 V供电电压、额定功率30 kVA容量算。
选用的IGBT型号为SEMIKRON公司的SKM400GA128D。
2.2 IGBT驱动电路的设计要求对于大功率IGBT，选择驱动电路基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。
门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv／dt电流等参数有不同程度的影响。
门极驱动条件与器件特性的关系见表1。
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。
试谈IGBT耗散功率计算
试谈IGBT耗散功率计算不管是正常负荷还是超负荷，IGBT安全工作务必确保结温T j不超过T jmax。
一关于IGBT及损耗IGBT模块由IGBT本部与续流二极管FWD构成，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）损耗与交换（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 =1T ∫i C(t )∙V CE (sat )T 0(t )∙dt 。
通态损耗近似是P sat =V CE (sat )×I cV CE (sat )−−−IGBT 饱和压降I C −−−集电极电流D T −−−占空比PWM 应用时，近似通态损耗P sat =V CE (sat )×I c ×D T 。
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V CE 的波形，对其进行积分（积分时间是开通时间T ON 或者关断时间T Off ）开通损耗：P sw (on )=1t on ∫i C (t )∙V CE (sat )t on 0(t )∙dt 关断损耗：P sw (off )=1t off ∫i C (t )∙V CE (sat )t off 0(t )∙d ti C (t )∙V CE (sat )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与，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：P sw ̅̅̅̅̅=f PWM ×[E ON +E OFF ]实际上E ON 与E off 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：根据IGBT 实际流过的电流值，查曲线得到E ON 与E off ，即可计算平均开关损耗：P sw ̅̅̅̅̅=f PWM ×[E ON +E OFF ]3、 IGBT 本部总损耗是通态损耗与开关损耗之与P igbt =P sat ̅̅̅̅̅+P sw ̅̅̅̅̅三 IGBT(FWD-二极管部)功率损耗P FWD =V F ×I D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。
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IGBT的驱动特性及功率损耗计算
作者：海飞乐技术时间：2017-05-17 15:36
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Uge增加(应注意Uge过高而损坏IGBT)，则通态电压下降(Eon也下降)，如图1所示(此处以200 A lGBT为例)。
由图中可看出，若Ugc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。
图1 栅极电压Uge与Uce和Tvj的关系
栅极电压Uge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lGBT能承受的短路时间变短(10 µs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Vge可选择在-10~+15 V之间，关断电压-10V，开通电压+15V。
开关时Uge与lg的关系曲线见图2a和图2b所示。
图2 开关时Uge与Ig的关系曲线
栅极电阻Rg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Rg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Rg 大小各有好坏，客户可根据自己设计特点选择。
图3为Rg大小对开关特性的影响，损耗关系请参照图4所示。
图3Rg大小对开关特性的影响(di/dt大小不同)
图4 门极电阻Rg与Eon/Eoff
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板驱动而变化一样。
但是lGBT所有特性难以同时最佳化，根据不同应用，在参数设定时进行评估，找到最佳折冲点。
双极型晶体管的开关特性随基极驱动条件而变化，然而，对于IGBT来说，正如图1～
图3所示，门极驱动条件仅对其开关特性有较大影响、因此，对于其导通特性来讲。
我们
应将更多的注意力放在IGBT的开通、短路负载容量上。
1.2驱动电路设计与结构布局
1)从结构原理上讲，IGBT的开通特性同MOSFET，而输出特性同BJT，等效于
MOSFET+BJT，因此IGBT与MOSFET都是电压驱动，都具有一个阈值电压，有一个容性输入
阻抗，因此IGBT对栅极电荷非常敏感故驱动电路必须很可靠，要保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与lGBT的连线要尽量短。
2)用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压Uge，有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。
另外，IGBT开通后，栅极驱动源应能提供足够的功率，
使IGBT之双极晶体管BJT始终工作在饱和区。
3)驱动电压Uge的选择可参考图1，注意其大小的影响，若Uge选大了，则IGBT通态
压降和开通损耗均下降，但负载短路时的Ic增大，IGBT能承受短路电流的时间减小，对
其安全不利，因此在有短路工作过程的设备中Uge应选得小些，通常12～15V比较合适。
4)驱动信号传输线路设计要考虑器件延迟，特别是光耦，注意传输比选择。
5)在关断过程中，为尽快抽取IGBT输入电容(Cies)上的存储电荷，须施加一负偏压Uge，但它的大小受IGBT的G，E间最大反向耐压限制，一般取-10V为宜。
6)在大电感负载下，IGBT的开关时间不能太短，以限制出di/dt形成的尖峰电压，设
计正确的过流保护电路，确保IGBT的安全。
7)注意两种隔离：强、弱电之间的隔离(信号共地问题)和输入、输出信号之间的隔离(采用变压器/光耦等)，最好自身带有对IGBT的保护功能，有较强的抗干扰能力。
8)针对大功率IGBT，可考虑增加推挽对管(如目前通用的MJD 44H11/45H11)放大驱动
功率，或者选用比较流行的瑞士CT-CONCEPR专用大功率驱动产品如2SD315-等。
2. IGBT的功率损耗计算(硬开关情况)
2.1动态损耗
1)IGBT开关损耗
P IGBT=f sw•(E on+E off)·I s/I nom
其中，f sw=IGBT开关频率，Eon=开通能量(参数表提供)，Eon=关断能量(参数表提供)，Ia=实际工作电流Inom=标称电流。
2)续流二极管开关损耗：
P diode=f sw·E rec·I F/l nom
其中，f w=IGBT开关频率，E rec=续流能量(参数表提供)，I F=实际工作电流I nom=标称电流。
2.2导通损耗
1)IGBT导通损耗
P IGBT=V ceset•I s•D
其中。
V ceset=饱和压降(参数表提供)，I s=集电极电流D=平均占空比。
2)续流二极管导通损耗：
P diode=V F·I F·(1-D)
其中，V F=导通压降(参数表提供)，I F=实际工作电流，D=平均占空比。
3.总结
目前IGBT的从晶片的制造技术来讲已经发展到第4代，不同代IGBT的驱动特性是有
区别的，当然其驱动原理没有变化，其功率损耗也可照套正文所给出的公式计算。