igbt驅(qū)動電路參數(shù)計算詳解

1、IGBT驅(qū)動電路參數(shù)計算詳解大功率IGBT模塊在使用中驅(qū)動器至關(guān)重要，本文介紹在特定應(yīng)用條件下IGBT門極驅(qū)動性能參數(shù)的計算方法，經(jīng)驗公式及有關(guān)CONCEPT驅(qū)動板的選型標準，得出的一些參數(shù)值可以作為選擇一款合適IGBT驅(qū)動器的基本依據(jù)。1門極驅(qū)動的概念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)動回路的等效電路如下圖所示：其本質(zhì)是：一個脈沖電壓源向RC電路進行充放電，對于這個電

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

3、門極電荷量QGate，開關(guān)頻率fIN，以及驅(qū)動器實際輸出電壓擺幅ΔVGate計算得出：PDRV=QGatefINΔVGate(Eq.1)備注：PDRV:驅(qū)動器每通道輸出功率；fIN:IGBT開關(guān)頻率；QGate:IGBT門極電荷，可從規(guī)格書第一頁查出，不同IGBT該數(shù)值不同；ΔVGate:門極驅(qū)動電壓擺幅，等于驅(qū)動正壓U和負壓–U之間差值。如果門極回路放置了一個電容CGE(輔助門極電容)，那么驅(qū)動器也需要對該電容進行充放電，如圖1所示：

4、以上公式是在門極驅(qū)動電流不發(fā)生諧振的條件下得出的。只要這個開關(guān)過程是IGBT門極從完全打開到完全關(guān)斷或者反過來，則驅(qū)動功率并不依賴于門極電阻及占空比的變化而變化。接下來我們來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計算得出。Cies僅僅是門極電荷量曲線在原點(VGE=0V)時的一階近似值。在IGBT手冊中的電容值Ciss，在實際電路應(yīng)用中不是一個特別有用的參數(shù)，因為它是通過電

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

6、應(yīng)用中的實際的輸入結(jié)電容值相差甚遠。依據(jù)手冊中的Ciss值作設(shè)計，令許多開發(fā)人員走入歧途。對于設(shè)計一個驅(qū)動器來講，最重要的參數(shù)是門極電荷，在很多情況下，IGBT數(shù)據(jù)手冊中這個參數(shù)沒有給出，另外，門極電壓在上升過程中的充電過程也未被描述。功率半導體的門極電荷量曲線是極其非線性的。這就是為什么QGate必須通過對門極電荷量曲線在VGE_off到VGE_on的區(qū)域內(nèi)積分獲得。無論如何，門極的充電過程相對而言能夠簡單地通過測量得到。因而要驅(qū)動一

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

8、義的。Ciss在折算中的經(jīng)驗公式對于SIEMENS和EUPEC的IGBT而言，下面的經(jīng)驗公式經(jīng)過驗證是較為準確可信的。CIN＝5Ciss（Ciss可從IGBT手冊中得到）如果QGate在數(shù)據(jù)手冊中已給出，在實際應(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。舉個例子：如果VGE從0V到15V條件下的門極電荷量是QGate，那么沒有辦法很準確的得到VGE從10V到15V條件下的門極電荷量。在這樣的情況下，