igbt驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)計(jì)算詳解

1、IGBT驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)計(jì)算詳解大功率IGBT模塊在使用中驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要，本文介紹在特定應(yīng)用條件下IGBT門極驅(qū)動(dòng)性能參數(shù)的計(jì)算方法，經(jīng)驗(yàn)公式及有關(guān)CONCEPT驅(qū)動(dòng)板的選型標(biāo)準(zhǔn)，得出的一些參數(shù)值可以作為選擇一款合適IGBT驅(qū)動(dòng)器的基本依據(jù)。1門極驅(qū)動(dòng)的概念I(lǐng)GBT存在門極發(fā)射極電容Cge，門極集電極電容Cgc，我們將IGBT的門極等效電容定義為Cg，門極驅(qū)動(dòng)回路的等效電路如下圖所示：其本質(zhì)是：一個(gè)脈沖電壓源向RC電路進(jìn)行充放電，對(duì)于這個(gè)電

2、壓源，有2個(gè)物理量我們需要關(guān)心，1.它的功率；2.它的峰值電流。2驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)控制功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。為了實(shí)現(xiàn)此功能，驅(qū)動(dòng)器對(duì)功率器件的門極進(jìn)行充電以達(dá)到門極開(kāi)通電壓VGE_on，或者是對(duì)門極進(jìn)行放電至門極關(guān)斷電壓VGE_off。門極電壓的兩種電平間的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，在驅(qū)動(dòng)器門極驅(qū)動(dòng)電阻及功率器件組成的回路中產(chǎn)生一定的損耗。這個(gè)參數(shù)我們稱為驅(qū)動(dòng)功率PDRV。驅(qū)動(dòng)器必須根據(jù)其所驅(qū)動(dòng)的功率器件所需的驅(qū)動(dòng)功率來(lái)選擇。驅(qū)動(dòng)功率可以從

3、門極電荷量QGate，開(kāi)關(guān)頻率fIN，以及驅(qū)動(dòng)器實(shí)際輸出電壓擺幅ΔVGate計(jì)算得出：PDRV=QGatefINΔVGate(Eq.1)備注：PDRV:驅(qū)動(dòng)器每通道輸出功率；fIN:IGBT開(kāi)關(guān)頻率；QGate:IGBT門極電荷，可從規(guī)格書(shū)第一頁(yè)查出，不同IGBT該數(shù)值不同；ΔVGate:門極驅(qū)動(dòng)電壓擺幅，等于驅(qū)動(dòng)正壓U和負(fù)壓–U之間差值。如果門極回路放置了一個(gè)電容CGE(輔助門極電容)，那么驅(qū)動(dòng)器也需要對(duì)該電容進(jìn)行充放電，如圖1所示：

4、以上公式是在門極驅(qū)動(dòng)電流不發(fā)生諧振的條件下得出的。只要這個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程是IGBT門極從完全打開(kāi)到完全關(guān)斷或者反過(guò)來(lái)，則驅(qū)動(dòng)功率并不依賴于門極電阻及占空比的變化而變化。接下來(lái)我們來(lái)看如何確定門極電荷量QGate。3門極電荷量QGate絕不能從IGBT或MOSFET的輸入電容Cies計(jì)算得出。Cies僅僅是門極電荷量曲線在原點(diǎn)(VGE=0V)時(shí)的一階近似值。在IGBT手冊(cè)中的電容值Ciss，在實(shí)際電路應(yīng)用中不是一個(gè)特別有用的參數(shù)，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)電

5、橋測(cè)得的，由于測(cè)量電壓太小而不能到達(dá)門極門檻電壓，在實(shí)際開(kāi)關(guān)中增加的內(nèi)部回饋效應(yīng)（Miller效應(yīng)）在測(cè)量中未被包括在內(nèi)。在測(cè)量電路中，一個(gè)25V的電壓加在集電極“C”上，在這種測(cè)量構(gòu)架下，所測(cè)結(jié)電容要比Vce＝0V時(shí)要小一些。因此，Ciss僅僅只能在IGBT互相作比較時(shí)使用。我們?cè)谶x擇和設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)器時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到一些問(wèn)題和不確定因素。部分原因是廠家對(duì)IGBT描述的不夠充分；另一方面是由于IGBT手冊(cè)中所給的輸入結(jié)電容Ciss值與在

6、應(yīng)用中的實(shí)際的輸入結(jié)電容值相差甚遠(yuǎn)。依據(jù)手冊(cè)中的Ciss值作設(shè)計(jì)，令許多開(kāi)發(fā)人員走入歧途。對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)講，最重要的參數(shù)是門極電荷，在很多情況下，IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中這個(gè)參數(shù)沒(méi)有給出，另外，門極電壓在上升過(guò)程中的充電過(guò)程也未被描述。功率半導(dǎo)體的門極電荷量曲線是極其非線性的。這就是為什么QGate必須通過(guò)對(duì)門極電荷量曲線在VGE_off到VGE_on的區(qū)域內(nèi)積分獲得。無(wú)論如何，門極的充電過(guò)程相對(duì)而言能夠簡(jiǎn)單地通過(guò)測(cè)量得到。因而要驅(qū)動(dòng)一

7、個(gè)IGBT，我們最好使用一個(gè)專用的驅(qū)動(dòng)器。除此之外，在設(shè)計(jì)中至少我們知道在應(yīng)用中所需的門極電壓（例如15V）。首先，在負(fù)載端沒(méi)有輸出電壓的情況下，我們可以作如下計(jì)算。門極電荷可以利用公式計(jì)算：Q＝∫idt＝CΔU確定了Q我們可以用示波器觀測(cè)門極電壓，同時(shí)電壓的上升ΔU在測(cè)量中也能在示波器上清楚的觀測(cè)到。（見(jiàn)下圖2）利用公式CIN＝QΔU。實(shí)際的輸入電容能夠通過(guò)計(jì)算得到。尤其要注意的是，在應(yīng)用中，實(shí)際的輸入結(jié)電容CIN在設(shè)計(jì)中是具有很大意

8、義的。Ciss在折算中的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)于SIEMENS和EUPEC的IGBT而言，下面的經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)過(guò)驗(yàn)證是較為準(zhǔn)確可信的。CIN＝5Ciss（Ciss可從IGBT手冊(cè)中得到）如果QGate在數(shù)據(jù)手冊(cè)中已給出，在實(shí)際應(yīng)用中一定要注意該參數(shù)給定的電壓擺幅條件。不同的電壓擺幅條件下門極電荷量是不同的。舉個(gè)例子：如果VGE從0V到15V條件下的門極電荷量是QGate，那么沒(méi)有辦法很準(zhǔn)確的得到VGE從10V到15V條件下的門極電荷量。在這樣的情況下，